复合材料 材料学院沈卫平

13693054652

shenwp@mater.ustb.edu.cn

http://www.sciencenet.cn/blog/ 沈卫平 .htm

引言 人类为了谋求生存和发展，企求用理想材料制成

新工具的愿望总是随着历史的发展不断探索不断前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展的历史息息相关。

研究人类历史的人们都可以清楚地知道，人类历史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应用分不开的。

历史学家把人类发展史划分为： 石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。 其后人类又发明了高分子材料、先进复合材料

和智能材料。

人类从天然物质中选择提炼出人类生活所必要的物质而加以利用。

制造这些物质有两种方法： 一种是利用了化学反应的物质合成； 另一种是通过组合两种以上的物质，制成具

有更高性能的材料。用后一种方法制造出的物质称之为复合材料。

The Materials Science Tetrahedron材料科学四面体

结构

固有特性

制作方法

测定性能

使用性能性能价格比 Cost(price)performance

复合材料按基体材料分类

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复合材料按功能分类

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先进复合材料的发展史 40 年代，玻璃纤维增强塑料（ GFRP ）复

合材料发展的第一代 6080 年代，先进复合材料

复合材料发展的第二代 80 年，先进复合材料充分发展 复合材料发展的第三代

复合材料的定义

复合材料是由两种或两种以上的固相组分，以微观或宏观的形式组成的材料；它具有与其组成物质不同的新的性能。

复合材料的性能特点比强度、比刚度（比模量）大；性能可设

计、易制成结构件；各向异性、非均匀性以聚合物基复合材料为例：

1. 比强度、比刚度（比模量）大2. 耐疲劳性能好3. 减震性好4. 过载时安全性好5. 具有多种功能性6. 有很好的加工工艺性

复合材料的组成

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复合材料的命名

把增强剂的名称放在前面，基体的名称放在后面来命名，如碳纤维环氧复合材料。

现代复合材料学科 包括增强材料、基体材料、界面粘结、

结构设计、成型工艺、性能测定等方面并逐步形成了一门与化学、物理、力学及各种应用学科有关的跨学科的、有着广泛内在联系并互相渗透和互相推动的材料学科。

复合材料发展史 天然复合材料 竹、木、茅草、贝壳、骨骼 传统复合材料

麻刀（纸筋）石灰；土坯（草秆、粘土）；钢筋混凝土；

通用复合材料1940 年玻璃纤维增强塑料（ GFRP ）

先进复合材料 1960— 年，复合材料从结构复合材料→单功能复合材料→多功能复合材料→

机敏材料和智能材料。 智能材料具有接受、传递、处理和发射信息的功能，

是信息科学溶入材料科学的产物。

一种天然生物复合材料 — 竹子

先进复合材料 先进复合材料是比原有的通用复合材料有更高性能的复合材料。包括用各种高性能增强剂 ( 纤维等 ) 与耐温性好的热固性和热塑性树脂基体所构成的高性能树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料、碳基复合材料。包括使用其力学性能的结构复合材料和使用热、电、磁、光、核、生物及其他性能的功能复合材料。

先进复合材料 功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化

学、生物等性能的复合材料。 包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。

未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。

未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料、和发展多功能、机敏、智能复合材料等领域。

飞机上用的复合材料

碳纤维 / 环氧树脂

碳纤维 /芳纶 / 环氧树脂玻璃纤维增强塑料

芳纶 /杜邦聚酰胺

芳纶 /泡沫芯板碳纤维 /杜邦聚酰胺

飞机上用的复合材料增韧石墨

石墨

混杂复合材料玻璃纤维

车身：开创性的大量应用源自 F1赛车的碳纤维复合材料

GLARE蒙皮用于 A380飞机的上机身蒙皮

中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题

大推力、高涵道比涡扇发动机大量运用了复合材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶盘。

B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。

轻巧的碳 / 碳复合材料

全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱，客舱内站立高度为 1.65米。

目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的 50%，而某些直升机早已达到

90%

荷兰计划研发新型绿色环保飞机 外形将酷似飞碟 , 另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油

。

复合材料军用吉普车

玻璃纤维 /碳纤维 /增强树脂

美洲轻木

泡沫

超级跑车车身大量应用碳纤维复合材料

生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的 A级 RTP 复合材

料

新型日光温室复合材料温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成

绿可木，生态木塑复合材料，木塑复合材料吸音板 复合材料（玻璃钢）制品

采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑

碳纤维 /树脂复合材料

碳 / 碳复合材料

生物医学制品和体育运动

复合材料被用来预防受伤，矫正生理机能，和帮助病人复原。

生物医学制品和以体育运动器材为主的碳纤维复合材料制品

热塑性复合材料再近 20 年中，增长速率持续较快，是热固性的 3倍

。

JS 系列自润滑复合材料与部件

三维纺织预成型技术和 RTM技术是研制和开发高性能复合材料结构件的关键技术。 RTM 成型的复合材料头盔。

锂 / 复合材料聚合物电解质 -热电池

聚合物纳米复合材料

聚合物

层状粘土

传统的复合材料

插入的纳米复合材料

片状剥离的纳米复合材料

新型的纳米黏土

片层越小，分散得越好，则复合材料的性能越好

复合材料的铺层优化设计

当前常用的模压料品种有 热固性复合材料，包括 SMC、 BMC和 TMC 等；热塑性复合

材料

国际上的材料专家普遍认为当前人类已经从合成材料的时代进入复合材料时代。因为想要合成一种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标是非常困难的。即使能研制出某种满意的单一材料，则从实验室到生产的周期也很长。如果把现有的有机高分子、无机非金属和金属材料通过复合工艺组成复合材料．则可以利用它们所特有的复合效应使之产生原组成材料不具备的性能．而且还可以通过材料设计以达到预期的性能指标，并起到节约材料和费用的作用。

复合材料概念的提出只有 50 年左右。上世纪 60年代的中后期由于出现了碳纤维和芳酰胺纤维等高性能增强剂和一些耐高温树脂基体，从而构成性能更高的复合材料。虽然由于技术难度大，造价高因而产量小，但是它们能满足当时高技术进展的需要，所以仍能迅速发展起来。为了与一般通用复合材料 (指玻璃纤维增强塑料 )有所区别，而获得了“先进复合材料”的名称。随后又把金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料以及功能复合材料等充实到先进复合材料的范畴里来，充分体现出先进复合材料量小但性能特殊而优异的特点。

虽然它所包括的各种基体的复合材料和功能复合材料各有特点和缺陷，但综合起来看，先进复合材料可以通过选择，使之具备密度小、强度和刚度高、耐温、耐磨、导热、导电、膨胀系数小、抗疲劳性好、阻尼性能好、耐烧蚀、耐冲刷、抗辐射、吸波、换能以及其他物理功能等特点。这些正是推动高技术的发展中迫切需要解决的问题，因此，可以说先进复合材料的发展有力地促进了高技术的进步。同时高技术的进展也带动和加速了先进复合材料的不断更新，到上世纪 90 年代初，复合材料的世界总产量约为三百万吨，已在建筑、交通运输、化工、船舶、航空航天和通用机械等领域广泛应用。

先进复合材料在高技术中的作用 高技术对材料的选用是非常严格和苛刻的，先进复合材料的优越性能比一般材料更能适合各种高技术发展的需要。

几种典型先进复合材料和常用材料性能对比材料 密度

(g/cm3)

拉伸强度(GPa)

比强度107(m

m)

拉伸模量(GPa)

比模量109(m

m)

冲击强度(kg·cm/

cm2)

线胀系数10-6(℃-

1)

复合材料碳纤维 ( 高强 )/ 环氧

1.6 1.8 11.3 128 8.0 76 0.2

芳纶 / 环氧 1.4 1.5 10.7 80 5.7 200 1.8

硼纤维 / 环氧

2.1 1.6 7.6 220 10.5 - 4.0

碳化硅纤维 /环氧

2.0 1.5 7.5 130 6.5 260 2.6

石墨纤维 /铝

2.2 0.8 3.6 231 10.5 - 2.0

金属钢 7.8 1.4 1.8 210 2.7 - 12

铝合金 2.8 0.5 1.7 77 2.8 - 23

钛合金 4.5 1.0 2.2 110 2.4 - 9.0

高聚物尼龙 6 1.2 0.07 0.06 2.7 0.02 12 40

复合材料的比强度和比模量

玻璃纤维 / 环氧树脂

芳纶纤维 / 环氧树脂

石墨纤维 / 环氧树脂

硼纤维 / 环氧树脂

石墨纤维 / 环氧树脂

铍

石墨纤维 / 环氧树脂

比拉伸模量 =弹性模量 /密度（任意单位）

比拉伸

强度

=拉伸

强度

/密度

（任意单位

）

开发空间是人类进步的重要标志，巳所需要的各种结构材料如运载火箭的壳体，航天飞机的支架、桁条、蒙皮，卫星的支架、蒙皮、天线，空间站的各种结构件，都要求用轻质高强和高刚度材料以节约推动所需的燃料，先进复合材料能满足这些要求。特别是像导弹的头部防热材料、航天飞机的防热前缘和火箭发动机的喷管等需要耐高温、抗烧蚀材树，更是非先进复合材料莫属。其他如抗粒子流、隐身功能等方而，先进复合材料也是候选的优先对象。先进复合材料在航天技术的建立方面已经作出了不可磨灭的贡献，而且在未来的发展中还将继续起关键作用。

开发新能源、节能和储能等能源新技术是高技术的另一重要组成部分。能源技术同样也需要轻质高强、耐温耐腐蚀的材料，先进复合材料也是理想的选用对象 (见下表 ) 。

在能源技术中先进复合材料的应用范例功 能 构 件 先进复合材料

新能源

太阳能发电 太阳能电池结构支架 碳纤维／树脂基

太阳能发电 热变换器的吸热层 吸热功能

风力发电机 叶片及塔身 混杂碳纤维／树脂基

核能源 核同位素分离离心机转子 碳纤维／树脂基

核能源 核燃料包覆管 碳纤维／碳

节能

汽车 转动轴、轮箍活塞 碳纤维／树脂基

汽车 活塞连杆及销子 氧化铝纤维／铝燃气涡轮发动机 涡轮叶片 陶瓷基和耐高温金属基

储能

高效铅酸蓄电磁 电极 碳纤维／铅

高能锂电池 固体电解质 离子导电功能

信息技术是现代发展最迅速的高技术。在信息技术中包括信息的检测、传输、贮存、处理运算和执行等方面，先进复合材料也能起到重要的作用 (见下表 ) 。

先进复合材料在信息技术中的应用功 能 部 件 先进复合材料检 测 换能敏感元件 换能功能传 输 光纤光缆的缆芯和管 碳纤维或芳纶 /树脂

基存 储 磁记录和磁光记录盘片 磁性功能

处理与计算 大规模集成电路基片 碳纤维 / 铜计算机及终端用屏幕罩高频覆铜电路板

半导体及导电性

键盘触点 柔性导电执 行 打印机机械零件 碳纤维 /树脂基

机械手与机器人 碳纤维 /树脂基或金属基

在高技术的生物工程方面，先进复合材料不仅在力学性能上能满足各种生物工程用容器的要求，同时还能满足耐腐蚀、抗生物破坏以及生物相容性的要求。此外，功能复合材料还可以制造用于生物工程的物质分离的各种膜材料。

上世纪 70 年代以来。先进复合材料的发展非常迅速．特别是 80 年代更为显著。

(1) 高性能增强剂 碳 ( 石墨 ) 纤维的发展是非常突出的。以 PAN( 聚丙烯腈 ) 为先驱体的 MJ 系列碳纤维基本解决了过去的提高模量则会牺牲强度和断裂伸长的矛盾。因此特别适合树脂基先进复合材料的需要。 P 系列沥青基超高模量石墨纤维，其模量已接近石墨晶须．它适合用作金属基复合材料的增强剂。有机纤维中熔致液晶的聚芳酰胺类发展很快，现已出现许多牌号，性能可与 Kav1ar 系列媲美．目前重点是解决该类纤维的吸湿性大的问题。为此热致液晶型聚芳酯纤维得以发展，它虽然热稳定性稍差．但不吸湿而且强度与模量与聚芳酰胺相当。

值得一提的是用先进的冻胶纺丝法制成超高分子量的聚乙烯纤维，强度与模量均超过Kavlar49 ，其缺点是耐温性差只能适合于低温使用。用无机高分子作为先驱体，经纺丝后烧成陶瓷纤维，是当前受到关注的工艺路线。继Nicalon SiC 纤维开发成功 ,最近又推出Tyranno(含 Ti的 SiC) 纤维．其性能相当但耐温性明显高于 Nicalon 。用这类方法现已制成Si3N4 纤维，但尚未商品化，晶须已有较长的历史，尽管它强度和模量极高。但由于分散困难一直未能发挥作用。当前由于金属基 ( 高温型 )和陶瓷基复合材料的要求，又重新活跃起来，但是又面临它带有细纤维污染环境的问题、能否允许使用有待裁决。

(2) 高性能树脂基复合材料 制备树脂基复合材料首先需要有高性能的热固性和热塑性树脂基体。关于热固性树脂基体已提出一系列要求，即满足 200－ 300℃ 长期使用的条件，并能对原来的力学性能有一定的保持率，容易制成预浸料并有较长的贮存期，在加工过程中基本上没有挥发物逸出。在工艺上容易掌握并能监控其质量以及具有合适的价格。目前新型的多官能团环氧，已经接近上述的部分要求，如用热塑性高分子固化剂的延长贮存期等，但耐温性尚不够理想。达到 200℃ 以上使用温度的树脂，目前主要用热固性聚酰亚胺。现在已有 PMR－ 15，LARC－ 160和 LR 600 等牌号的商品出现，其耐温性最高可达 300℃ 。这类树脂可以通过共聚、改变封头结构和主链结构来进行改性。

双马聚酰亚胺耐温性虽不如聚酰亚胺．但略高于环氧，可以满意地在 200℃ 使用。它的工艺性能比聚酰亚胺好，交联度高从而刚度高和耐溶剂性好是其优点，但是它也存在脆性大的缺点。现在这种树脂已有许多商品牌号，如FE7003、 Xu 295、 H 795和 EA 9102等等。耐温更高的树脂基体只有杂环类高分子如共聚喹恶啉树脂，聚苯并咪唑树脂等，但由于价洛昂贵，加工性能又差，所以只有在特殊情况下才少量使用。

目前发展的趋势表明，热塑性树脂基体正在逐步与热固性树脂争夺先进树脂基复合材料基体的主流地位。这是因为最近出现一大批高性能热塑性高分子材料，其力学性能和耐温性均能满足先进复合材料的要求。同时它还有明显节约加工周期和提高韧性的优点，特别是它的可修复性、二次加工成形和长期贮存等热固性树脂所不具有的特点。

另一种值得注意的新型树脂基体是半互穿网络高聚物 (SIPN) 。它是由热固性网状高分子与线型高分子互穿而成的高聚物、所以兼有热固性和热塑性树脂的优点。由于它在较苛刻的环境条件下仍有良好的刚度和韧性，因此是应用于宇航结构复合材料中有潜力的树脂基体。例如以二腈基双酚 A 作为其热固性部分，而以聚碳酸酯或聚醚砜作为热塑性部分。在加工过程中双腈单体受热互聚成交联网络，而聚碳酸酯等线型高分子则贯穿其中构成半互穿网络。

(3)金属基复合材料 上世纪 80 年代以来金属基复合材料发展很快。这是由于高新技术对材料的耐温性和其他性能要求日益提高而起了推动作用。金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强度、高模量和低膨胀系数的特点外，它能耐 300－500℃ 或更高的温度、同时不燃、不吸潮、高导热与导电、抗辐射性能好，而且在较高温度情况下不会放出气体污染环境。这是树脂基复合材料所不能比拟的，但金属基复合材料也存在一些缺点，如密度较大、造价较高，有些金属基复合材料工艺较复杂，还不成熟。特别是它容易发生界面化学反应从而对性能产生明显的影响，这些都有待不断地改进和完善。尽管如此，一些发达国家仍大力进行开发和研究，已有明显成效。

金属基复合材料金属基复合材料基本上可分为纤维增强型 ( 包括短纤维和毡 ) 、颗粒和晶须增强型、交替叠层型和共晶定向凝固型几类。低温用 (350℃－ 600 )℃ 纤维增强金属基复合材料，目前已有碳 ( 石墨 ) 纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等增强铝、镁和钛及其合金。最近以高性能的铝－锂合金和金属间化合物作为基体受到较大的关注。高温用 (1000－ 1400 )℃ 纤维增强金属基复合材料则以碳化硅纤维 (CVD法 ) 、钨与钼丝等增强镍基超合金、金属间化合物 (钛－铝、镍－铝等 ) 。颗粒与晶须增强的金属基复合材料目前多数用碳化硅颗粒和晶须与上述各种金属基体复合。

金属基复合材料特别应指出的是 SiC颗粒增强铝合金发展最快，它是当前金属基复合材料最早能实现大规模产业化的品种。这是因为它的重量仅为钢的 1／ 3 ，为钛合金的 2／ 3 ，而与铝合金相近。它的强度比中碳钢好，与钛合金相近而比铝合金略高，模量略高于钛合金但比铝合金高很多。在耐磨性上与钢相似，优于钛合金，比铝合金要大 1倍。在价格方面大致与铝合金相当，而仅为钛合金的 1／ 5 。目前已经小批量应用于汽车工业和机械工业中。交替叠层型金属复合材料是金属与陶瓷、金属与金属以及金属与高性能纤维增强树脂交替叠合而成的超混杂型复合材料。前两种系用溅射或其他涂层方法交替叠合，现仅在实验室阶段。而后一种已经在航空工业中试用，例如一种称为 ARALL的芳酰胺纤维增强环氧层与铝箔构成的叠层金属基复合材料，由于它的强度高、刚度好，尤其耐疲劳性能优良，而受到重视。关于共晶定向凝固型金属基复合材料有较长的研究历史，但由于工艺复杂一直未能得到发展。

(4)无机非金属基复合材料 无机非金属基复合材料包括纤维和晶须增强陶瓷和玻璃。目前研究较多的以碳化硅或氧化铝纤维和晶须增强碳化硅、氮化硅、氧化铝等陶瓷或包括石英在内的各种高温玻璃。由于陶瓷基复合材构成型加工困难、尽管现在已经开发了热压烧结法、气相沉积法、高分子先驱体法和溶胶凝胶法等工艺，但是复合后的效果不太理想，特别是较大工件的可靠性较差。目前比较成熟的是玻璃基复合材料。它的耐热性虽不及陶瓷基复合材料可在 1200℃ 或更高的温度下使用、但也能较满意地应用于 600－1000℃ 范围内。而且其性能特别是韧性比陶瓷基复合材料高很多。

无机非金属基复合材料

虽然这类复合材料目前仍处于实验室研究阶段，离工业化水平较远，但是它的高温性能具有很大的吸引力，所以研究工作仍然很活跃。值得一提的是这类复合材料，特别是陶瓷基的不像其他结构复合材料那样依靠增强剂来提高强度和刚度。陶瓷基体本身就有足够的强度和刚度，问题在于韧性太差。在这里纤维是起到阻止裂纹扩展分散应力集中的增韧作用。因此在复合工艺条件的设计中，应该考虑这个概念上的差别。

(5) 碳基复合材料 这种复合材料即以石墨纤维增强石墨的复合材料，又称碳／碳复合材料它主要是以碳 ( 石墨 ) 纤维毡、布或二维及多维编织物与可碳化物质 ( 如树脂、沥青等 ) 复合，再碳化与石墨化，如此反复进行多次直到所要求的密度为止，或者用化学气相沉积法把碳沉积在纤维上，这样反复进行亦可得到碳／碳复合材料，但密度较低。这种碳／碳复合材料已经能满意地在瞬时高温下作为烧蚀材料使用。但是由于碳素不耐氧化，所以无法在高温又含氧的气氛中长期使用。为此目前大量工作正致力于在碳／碳复合材料表面涂一层陶瓷抗氧化层。由于两种材料的热不匹配性带来很大的困难，但是设计热过渡层的工作最近已有一定的突破。这种耐温性最好的材料，将可能长期工作于 2000℃ 以上的条件下。

(6) 功能复合材料 目前已经发展了不少功能复合材料，而且有的已获得应用。如复合压电材料、导电和超导材料、磁性材料、阻尼材料、摩擦磨耗材料、吸声材料、隐身吸波材料以及各种敏感换能材料等等。 PZT压电材料，就是与树脂复合后降低了材料的介电常数，从而使其压电系数提高了一个数量级左右。但是这些功能复合材料大都应用了线性复合效应。关于非线性的复合效应还仅仅有极少量地运用。例如有一个实例可以说明乘积效应的作用。即树脂基自控发热带，它是由导电颗粒与树脂以一定的形式复合成半导电材料，使之通电时产生热／变形与变形／变阻的乘积效应，使通电所发生的热自动控制材料的电阻以达到恒温的目的。这种材料已经有产品在石油化工上应用。另外某些功能复合材料还可能具有多种功能的综合效果，或者兼有结构和功能的双重效能，特别值得指出的是各种新型的换能材料正需要通过功能复合的途径来提高它的性能，或者得到新的换能材料和综合换能材料。

功能材料发展趋势功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、

声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。

功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。

当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

生物医用材料 作为高技术重要组成部分的生物医用材料已

进入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年 16% 的速度递增，预计 20 年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。生物活性陶瓷已成为医用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是医用高分子材料的重要方向；医用复合生物材料的研究重点是强韧化生物复合材料和功能性生物复合材料，带有治疗功能的 HA 生物复合材料的研究也十分活跃。

能源材料 太阳能电池材料是新能源材料研究开发

的热点， IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达 40% 。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有 50% 用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。

生态环境材料 生态环境材料是 20世纪 90 年代在国际

高技术新材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要研究方向是：①直接面临的与环境问题相关的材料技术，例如，生物可降解材料技术， CO2 气体的固化技术， SOx、 NOx 催化转化技术、废物的再资源化技术，环境污染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省资源、节省能源的技术；②开发能使经济可持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料等；③材料的环境协调性评价。

智能材料 智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人

工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。

国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司的导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为 10 分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。

功能材料的国内需求分析 中国作为一个 12亿人口的大国，正在实施宏伟的第三

步发展战略，这一根本国情加之特种功能材料在经济社会发展中的重要作用和地位，决定了我国对功能材料的需求将是巨大的。

功能材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升我国基础工业和传统产业的基础，直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。

我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料的支撑。

我国经济的快速增长和社会可持续发展，对发展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的关键因素，我国目前是世界上能源消费增长最快的国家，同时也是能源紧缺的国家。发展电动汽车、使用清洁能源、节约石油资源等政策措施使得新型能源转换及储能材料的需求不断增加。近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，我国便携式电器如手提电话、笔记本计算机用户每年均以超过 20% 的速度增加，形成了一个对小型高能量密度电池的巨大社会需求。

随着移动通信等新一代电子信息技术的迅速崛起，作为一大批基础电子元器件技术核心的信息功能陶瓷日益成为我国发展相关高技术的需求重点。按照 5% 的世界市场占有率计， 2010 年我国信息功能陶瓷材料及制品的年销售额将达 300亿元人民币，对信息通讯产业发展具有举足轻重的作用。

我国是一个稀土大国，其工业储量占世界总储量的 70% 以上，发展稀土功能材料我国有着独特的资源优势。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增长率为 23% ，而我国高达 60%， 1995 年全球的钕铁硼永磁材料的生产总量为 6000吨，其中我国为 2000吨，占总量的 1/3 ，预测 2010年全球钕铁硼永磁材料的产量将达 14.6万吨，产值达 80亿美元，其中我国的产量将达 5.4万吨，产值达 20 多亿美元，相关器件产值达 100～ 150亿美元。稀土在发光、催化等领域的应用也具有广阔的市场需求。

我国西部还拥有一些储量丰富的资源，如稀土、钨、钛、钼、钽、铌、钒、锂等，有的工业储量甚至占世界总储量的一半以上，这些资源均是特种功能材料的重要原材料。研究开发与上述元素相关的特种功能材料，拓宽其应用领域，取得自主知识产权，将大幅度地提高我国相关特种功能材料及制品的国际市场竞争力，这对实现西部资源的高附加值利用，将西部的资源优势转化为技术优势和经济优势具有重要意义，将有力地支持国家的西部大开发。

随着我国人民生活质量的进一步改善和提高，我国潜在的生物医用材料市场将很快转化为充满勃勃生机的现实市场，从而创造出巨大的社会经济效益，成为国民经济的一个支柱产业。

我国已确定“在发展中解决保护，在保护环境的基础上实现持续发展”的原则，签署了有关国际公约，并通过了国家有关环境保护的法律、法规，这些都为生态环境材料需求发展创造了有利条件。发展生态环境材料，除了在社会和经济方面具有巨大的需求之外，在政治上还对我国加入WTO ，融入国际社会，提升国际地位具有重要作用。此外，生态环境材料还对我国的“科技、人文、绿色”奥运工程起着特殊的作用。

总之，在未来的五到十年，我国经济、社会及国家安全对功能材料有着巨大的需求，功能材料是关系到我国能否顺利实现第三步战略目标的关键新材料。

发展重点 高温超导材料制备与应用技术 稀土功能材料 新型能量转换材料与技术（能源材料） 生物医用材料 绿色奥运工程材料与技术 分离膜材料与技术（海水、氯碱膜） 印刷（制版、感光）、显示（ OLED ）

材料 高新技术改造传统产业技术

关键技术选择 能源材料①固体氧化物燃料电池： 固体氧化物燃料电池是一种新型绿色能源装置，

比质子交换膜燃料电池有更高的转换效率和节能效果，可减少二氧化碳排放 50% ，不产生NOx ，已成为发达国家重点研究开发的新能源技术。但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温度达 800～ 900℃ ，其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有： a ）高性能电极材料及其制备技术； b ）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术； c ）电池结构优化设计及其制备技术； d ）电池的结构、性能与表征的研究。

②光电转换效率大于 18% 的硅基太阳能电池商品化；

研制出光电转换效率大于 18% 的低成本、大面积、可商业化的硅基太阳能电池及其组件。

③太阳能的综合利用 ( 光电、热电、热交换 )及其与风力发电的耦合技术；建立总体利用效率达 15% 的追尾聚集光式太阳能光电、热电、热交换系统并实用化，建立太阳能综合利用与风力发电耦合的实用型分布式地面电站，并可并网供电。

稀土材料 ①稀土催化材料 ②稀土永磁材料 突破高性能 (N50) 、高均匀性、高工作温度、低温度系数的烧结稀土永磁材料和高性能 (磁能积 20MGOe ）粘结稀土永磁材料的产业化关键技术。

③高亮度、长寿命白光 LED节能照明系统

低成本、高亮度、长寿命白光 LED节能照明系统产业化并进入普通百姓家庭。

生物医用材料

①生物芯片； ②生物兼容性好、可降解或可诱导再生的人

体软、硬组织替换材料； ③具有分子识别和特异免疫功能的血液净化

材料和装置。

生态环境材料 ①有机膜分离技术：海水（或盐碱水）淡化效率达

50% 的有机膜实用化和产业化。 ②固沙植被材料与技术； ③节能、环保的建筑材料及其关键工艺技术： 突破日产 2000吨的流态化水泥烧成技术，其单位

能耗与粉尘排放低于目前的新型干法工艺；实现纯氧燃烧生产浮法建筑玻璃的产业化。

特种功能材料 ①无机分离催化膜：突破无机分离催化膜（透氧膜、

分子筛膜、透氢膜）的关键制备技术，建立无机分离催化膜用于天然气催化转化制备合成气和液体燃料、天然气直接转化制备乙烯、生物质原料制备乙醇、天然气制氢等方面的示范性生产装置。

②大尺寸光学金刚石膜； ③有机磁性材料：突破本征有机磁性材料的关键技术。

④敏感材料与传感器。

超导材料 高温超导材料的制备与应用技术。

树脂基复合材料的发展史

树脂基复合材料（ Resin Matrix Composite ）也称纤维增强塑料（ Fiber Reinforced Plastics ），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。

以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。

树脂基复合材料的发展史树脂基复合材料于 1932 年在美国出

现， 1940 年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于 1944年 3月在莱特－帕特空军基地试飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。

第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。 1946 年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。 1949 年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。

树脂基复合材料的发展史1950 年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，

并制成直升飞机的螺旋桨。 60 年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维－聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。 1961 年片状模塑料（ Sheet Molding Compound, 简称 SMC ）在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。 1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。

树脂基复合材料的发展史拉挤成型工艺的研究始于 50 年代， 60

年代中期实现了连续化生产，在 70 年代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。除圆棒状制品外，还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。目前拉挤工艺生产的制品断面可达 76cm×20cm 。

在 70 年代树脂反应注射成型（ Reaction Injection Molding, 简称 RIM ）和增强树脂反应注射成型（ Reinforced Reaction Injection Molding, 简称 RRIM ）两种技术研究成功，进一步改善了手糊工艺，使产品两面光洁，现已大量用于卫生洁具和汽车的零件生产。

树脂基复合材料的发展史1972 年美国 PPG公司研究成功热塑性

片状模型料成型技术， 1975 年投入生产。这种复合材料最大特点是改变了热固性基体复合材料生产周期长、废料不能回收问题，并能充分利用塑料加工的技术和设备，因而发展得很快。

制造管状构件的工艺除缠绕成型外， 80年代又发展了离心浇铸成型法，英国曾使用这种工艺生产 10m长的复合材料电线杆、大口径受外压的管道等。

从上述可知，新生产工艺的不断出现推动着聚合物复合材料工业的发展。

树脂基复合材料的发展史进入 20世纪 70 年代，对复合材料的研

究突破了仅仅采用玻璃纤维增强树脂的局面，人们一方面不断开辟玻纤－树脂复合材料的新用途，同时也发现，这类复合材料的比刚度不能满足要求很高的尖端技术的需求，因而开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料（ Advanced Composite Materials, 简称 ACM ）。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。

树脂基复合材料的发展史自从先进复合材料投入应用以来，有三件值得一提的

成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商

用飞机－里尔芳 2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg ，它以结构小巧重量轻而称奇于世。

第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维 / 环氧树脂制作长 18.2m 、宽 4.6m 的主货舱门，用凯芙拉纤维 / 环氧树脂制造各种压力容器，用硼 /铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳 /碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。在这架代表近代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。

树脂基复合材料的发展史第三件是在波音－ 767 大型客机上使用

了先进复合材料作为主承力结构，这架可载 80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。

复合材料在这几个飞行器上的成功应用，表明了复合材料的良好性能和技术的成熟，这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。

树脂基复合材料在中国的发展中国的复合材料起始于 1958 年，首先用

于军工制品，而后逐渐扩展到民用。 1958 年以手糊工艺研制了玻璃钢艇，以层压和卷制工艺研制玻璃钢板、管和火箭弹。

1961 年研制成用于远程火箭的玻璃纤维－酚醛树脂烧蚀防热弹头， 1962 年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直升机螺旋桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器。

1970 年用玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直径 44m 的雷达罩。自 70 年代以后玻璃钢复合材料逐渐转向民用。

树脂基复合材料在中国的发展

1981 年复合材料的年产量为 1.5万吨，到 1986年达到 6.5万吨，年增长率为 13%。 1987 年以后受到国内原材料品种数量不足的影响，发展曾一度停滞，在此期间，在国家改革开放政策的指导下，大量引进国外先进技术，如在原材料方面引进了池窑拉丝、短切毡、表面毡、喷射纱、缠绕纱以及各种牌号树脂和辅助材料的生产技术。

在成型工艺方面引进了制造管罐的大型缠绕系统、拉挤工艺生产线、 SMC 生产线、连续制板机组、树脂传递模型机组、喷射成型技术、树脂注射成型技术等先进工艺和设备，形成了研究、设计、生产及原材料相互配套较完整的工业体系。

树脂基复合材料在中国的发展到 1995 年国内玻璃钢产量已达到 16.5万

吨，产品近 2000 种，拥有缠绕生产线 120条、 SMC 生产线 31条、 BMC 生产线 5条、拉挤工艺生产线 100条，喷射机 260台、 RTM70台、连续制板机组 3条，机械化年生产能力达25万吨。到 1996 年，玻璃钢的产品主要有以下几个方面：　　冷却塔：国内有 200余厂家生产冷却塔，年产 20000 多台，保有量为 25万台， 3500～5000t/h 大型塔已推广使用。　　缠绕管、罐制品：生产的大型管罐除国内外使用外，还有部分出口。

树脂基复合材料在中国的发展拉挤制品：主要有抽油杆、格栅、电工梯型材、门窗框以

及帐篷支架。SMC、 BMC 制品：生产高位水箱组合板、椅子及汽车部

件，年产量为 5000t 。汽车部件：除用 SMC 生产的制品外，还有手糊、喷射及

RTＭ制品，主要有保险杠、前后车门、轿车、面包车体、挡泥板等，制品除国内使用外还有少量出口。

舰艇：小型的救生艇、轮船、游艇、养殖船等，年产约6～ 7万条。

建筑器材：建材是玻璃钢制品的大宗项目，如玻璃钢瓦、浴缸、建筑装饰浮雕、罗马柱等。

游乐与运动器材：玻璃钢水上滑梯、碰碰船、公园与幼儿园的动物模型、钓鱼杆、赛艇、皮划艇、桨、雪橇等。环保设施：空调器、风机、吸尘器、净化槽等。

树脂基复合材料在中国的发展从生产工艺来看，尽管引进了不少先进技术设备，但利

用率不高，所有制品仍有 80% 是手糊成型，仅有 20% 由缠绕、拉挤、 SMC及 RTM 等设备成型，因此玻璃钢工业的生产潜力很大。

先进复合材料的研究应用主要集中于国防工业。高性能树脂基复合材料，主要是碳纤维和芳纶纤维增强环氧树脂，多官能团环氧树脂和 BMI ，复合材料的性能稳定，已大量投入应用，相当于 T300/PMR－ 15 性能的复合材料已研制成功，一批高性能的热塑性树脂基复合材料，如PEEK、 PECK、 PPS 等正在从实验室走向实用。

先进复合材料构件正在由次承力件向主承力件过渡。在成型工艺方面，先进复合材料借助玻璃钢成型技术逐步实现由手糊到机械化自动化的转变。但总的水平与国外先进技术还有一定距离

增强材料－玻璃纤维 玻璃纤维的成分及性能 生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下： 1、 E- 玻璃 亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。 2、 C- 玻璃 亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～ 20% ，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（ 60% ），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。

增强材料－玻璃纤维 3 、高强玻璃纤维 其特点是高强度、高模量，

它的单纤维抗拉强度为 2800MPa ，比无碱玻纤抗拉强度高 25%左右，弹性模量 86GPa ，比 E- 玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几千吨左右。 4、 AR 玻璃纤维 亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥而研制的。 5、 A 玻璃 亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。

增加材料－玻璃纤维 6、 E-CR 玻璃 是一种改进的无硼无碱玻璃，

用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无碱玻纤改善 7～ 8倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。

7、 D 玻璃 亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。

除了以上的玻璃纤维成分以外，近年来还出现一种新的无碱玻璃纤维，它完全不含硼，从而减轻环境污染，但其电绝缘性能及机械性能都与传统的 E 玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维，已用在生产玻璃棉中，据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维，是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。

玻璃纤维制品品种与用途1 、无捻粗纱　无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。无捻粗纱按玻璃成分可划分为：无碱玻璃无捻粗纱和中碱玻璃无捻粗纱。生产玻璃粗纱所用玻纤直径从 12～ 23μm 。无捻粗纱的号数从 150号到9600号（ tex ）。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中，如缠绕、拉挤工艺，因其张力均匀，也可织成无捻粗纱织物，在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。

（ tex ， 特，号数，细度单位：纤维或纱线每 1000米重若干克即为若干特，或若干号）

玻璃纤维制品品种与用途

（ 1 ）喷射用无捻粗纱 适合于玻璃钢喷射成型使用的无捻粗纱

要具备如下性能：①良好的切割性，在连续高速切割时产生的静电少；②无捻粗纱切割后分散成原丝的效率要高，也即分束率高，通常要求 90% 以上；③短切后的原丝具有优良的覆模性，可覆盖在模具的各个角落；④树脂浸透快，易于被辊子辊平并易于驱赶气泡；⑤原丝筒退解性能好，粗纱线密度均匀，适合于各种喷枪及纤维输送系统。喷射用无捻粗纱都是由多股原丝络制而成，每股原丝含 200根玻纤单丝。

玻璃纤维制品品种与用途（ 2） SMC 用无捻粗纱

SMC即片状模塑料，主要用于压制汽车部件、浴缸、水箱板、净化槽、各种座椅等。 SMC 用无捻粗纱在制造 SMC片材时要切成 lin(25mm) 的长度，分散在树脂糊中，因此对 SMC 用无捻粗纱的要求是短切性好，毛丝少，抗静电性优良，在切割时短切丝不会粘附在刀辊上。对着色的 SMC 而言，无捻粗纱要在高颜料含量的树脂糊中被树脂浸透。通常 SMC无捻粗纱一般为 2400tex ，少数情况下也有用4800tex 的。（ tex ， 特，号数，细度单位：纤维或纱线每

1000米重若干克即为若干特，或若干号）

玻璃纤维制品品种与用途

（ 3 ）缠绕用无捻粗纱 缠绕法用于制造各种口径的玻璃钢管、贮

罐等。缠绕用无捻粗纱的号数从 1200号到 9600号，缠绕大型管道及贮罐多倾向于直接无捻粗纱，如 4800tex 的直接无捻粗纱。对缠绕用无捻粗纱的要求如下：①成带性好，呈扁带状；②无捻粗纱退解性好，在从纱筒退解时不脱圈，不形成 "鸟巢 "状乱丝；③张力均匀，无悬垂现象；④线密度均匀，一般须小于 ±7% ；⑤无捻粗纱浸透性好，从树脂槽通过时易为树脂润湿及浸透。

玻璃纤维制品品种与用途

（ 4 ）拉挤用无捻粗纱 拉挤用于制造断面一致的各种型材，其特点是玻纤含量高，单向强度大。拉挤用无捻粗纱可以是多股原丝并合的也可以是直接的无捻粗纱，其线密度范围为 1100号到 4400号。各种性能要求与缠绕无捻粗纱大体相同。

玻璃纤维制品品种与用途

（ 5 ）织造用无捻粗纱 无捻粗纱的一个重要用途是织造各种厚度的

方格布或单向无捻粗纱织物，它们大多用于手糊玻璃钢成型工艺中。对织造用无捻粗纱有如下要求：①良好的耐磨性；②良好的成带性；③织造用无捻粗纱在织造前需经强制烘干；④无捻粗纱张力均匀，悬垂度应符合一定标准；⑤无捻粗纱退解性好；⑥无捻粗纱浸透性好。

玻璃纤维制品品种与用途

（ 6 ）预型体用无捻粗纱 在预型体工艺中，无捻粗纱被短切并喷

附在预定形状的网上，同时喷少量树脂使纤维网固定成形，然后将成形的纤维网片移入金属模具中，注入树脂热压成形，即得制品。对于这种工艺的无捻粗纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。

2 、无捻粗纱织物（方格布）方格布是无捻粗纱平纹织物，是手糊玻璃钢

重要基材。方格布的强度主要在织物的经纬方向上，对于要求经向或纬向强度高的场合，也可以织成单向方格布，它可以在经向或纬向布置较多的无捻粗纱。 　　对方格布的质量要求如下：①织物均匀，布边平直，布面平整呈席状，无污渍、起毛、折痕、皱纹等；②经、纬密，面积重量，布幅及卷长均符合标准；③卷绕在牢固的纸芯上，卷绕整齐；④迅速、良好的树脂透性；⑤织物制成的层合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。

用方格布铺敷成型的复合材料其特点是层间剪切强度低，耐压和疲劳强度差。

3 、玻璃纤维毡片（ 1 ）短切原丝毡

将玻璃原丝（有时也用无捻粗纱）切割成50mm长，将其随机但均匀地铺陈在网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末结剂经加热固化后粘结成短切原丝毡。短切毡主要用于手糊、连续制板和对模模压和 SMC 工艺中。对短切原丝毡的质量要求如下：①沿宽度方向面积质量均匀；②短切原丝在毡面中分布均匀，无大孔眼形成，粘结剂分布均匀；③具有适中的干毡强度；④优良的树脂浸润及浸透性。

玻璃纤维毡片

（ 2 ）连续原丝毡 将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝

筒中退解出来的连续原丝呈 8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤原丝毡中纤维是连续的，故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、 RTM 法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料（ GMT ）等工艺中。

玻璃纤维毡片

（ 3 ）表面毡 玻璃钢制品通常需要形成富有树脂层，这一

般是用中碱玻璃表面毡来实现。这类毡由于采用中碱玻璃（ C ）制成，故赋予玻璃钢耐化学性特别是耐酸性，同时因为毡薄、玻纤直径较细之故，还可吸收较多树脂形成富树脂层，遮住了玻璃纤维增强材料（如方格布）的纹路，起到表面修饰作用。

玻璃纤维毡片（ 4 ）针刺毡 针刺毡或分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。

短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成 50mm ，随机铺放在预先放置在传送带上的底材上，然后用带倒钩的针进行针刺，针将短切纤维刺进底材中，而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。所用底材可以是玻璃纤维或其它纤维的稀织物，这种针刺毡有绒毛感。其主要用途包括用作隔热隔声材料、衬热材料、过滤材料，也可用在玻璃钢生产中，但所制玻璃钢强度较低，使用范围有限。

另一类连续原丝针刺毡，是将连续玻璃原丝用抛丝装置随机抛在连续网带上，经针板针刺，形成纤维相互勾连的三维结构的毡。这种毡主要用于玻璃纤维增强热塑料可冲压片材的生产。

玻璃纤维毡片

（ 5 ）缝合毡 短切玻璃纤维从 50mm乃至 60cm长均可用缝编机将其缝合成短切纤维或长纤维毡，前者可在若干用途方面代替传统的粘结剂粘结的短切毡，后者则在一定程度上代替连续原丝毡。它们的共同优点是不含粘结剂，避免了生产过程的污染，同时浸透性能好，价格较低。

4 、短切原丝和磨碎纤维（ 1 ）短切原丝 短切原丝分干法短切原丝及湿法短切原丝。前者用在增强塑料生产中，而后者则用于造纸。用于玻璃钢的短切原丝又分为增强热固性树脂（ BMC ）用短切原丝和增强热塑性树脂用短切原丝两大类。对增强热塑性塑料用短切原丝的要求是用无碱玻璃纤维，强度高及电绝缘性好，短切原丝集束性好、流动性好、白度较高。增强热固性塑料短切原丝要求集束性好，易为树脂很快浸透，具有很好的机械强度及电气性能。

短切原丝和磨碎纤维

（ 2 ）磨碎纤维 磨碎纤维系由锤磨机或球磨机将短切

纤维磨碎而成。磨碎纤维主要在增强反应注射工艺（ RRIM ）中用作增强材料，在制造浇铸制品、模具等制品时用作树脂的填料用以改善表面裂纹现象，降低模塑收缩率，也可用作增强材料。

5 、玻璃纤维织物以下介绍的是以玻璃纤维纱线织造的各种玻璃纤维织物。

　（ 1 ）玻璃布 我国生产的玻璃布，分为无碱和中碱两类，国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等。中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经纬密度又由纱线结构和织纹决定。经纬密度加上纱线结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等。有五种基本的织纹：平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。

玻璃纤维织物

（ 2 ）玻璃带 玻璃带分为有织边带和无织边带（毛

边带）主要织防腐是平纹。玻璃带常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。（ 3 ）单向织物

单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经纱主向上具有高强度。

玻璃纤维织物（ 4 ）立体织物

立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，目前其应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。主要有五类：机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。

玻璃纤维织物（ 5 ）异形织物

异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等，还可以制成箱、船壳等不对称形状。（ 6 ）槽芯织物

槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起来所组成的织物，其横截面形状可以是三角形或矩形。

玻璃纤维织物（ 7 ）玻璃纤维缝编织物

亦称为针织毡或编织毡，它既不同于普通的织物，也不同于通常意义的毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起，通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝编织物的优点如下：①它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度，张力下的抗脱层强度以及抗弯强度；②减轻玻璃钢制品的重量；③表面平整使玻璃钢表面光滑；④简化手糊操作，提高劳动生产率。这种增强材料可以在拉挤法玻璃钢及 RTM 中代替连续原丝毡，还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。

6 、组合玻璃纤维增强材料上世纪 70 年代以来，出现了把短切原丝

毡、连续原丝毡、无捻粗纱织物和无捻粗纱等，按一定的顺序组合起来的增强材料，大体有以下几种：（ 1 ）短切原丝毡 +无捻粗纱织物（ 2 ）短切原丝毡 +无捻粗纱布 +短切原丝毡（ 3 ）短切原丝毡 +连续原丝毡 +短切原丝毡（ 4 ）短切原比毡 + 随机无捻粗纱（ 5 ）短切原丝毡或布 +单向碳纤维（ 6 ）短切原丝 +表面毡（ 7 ）玻璃布 +单向无捻粗纱或玻璃细棒 + 玻璃布

增强材料 碳纤维 碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至 1500℃ 所形成的纤维状碳材料，其碳含量在 90% 以上。　 碳（石墨）纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等优良特性，此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量优于其它纤维增强体。

碳（石墨）纤维的主要用途 （ 1 ）宇航工业 用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层；卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星 -火箭结合部件；航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。 　（ 2 ）航空工业 用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，此外还有 C/C刹车片。　（ 3 ）交通运输 用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件；船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。

（ 4 ）运动器材 用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。　（ 5 ）土木建筑 幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强材料。　（ 6 ）其它工业 化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。生体和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、 X光机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极度、音响、减磨、储能及防静电等材料也已获得广泛应用。

特种陶瓷纤维 采用高纯度或纯度可控的人造原料，如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等，制得性能优异的陶瓷材料，称为特种陶瓷或新型陶瓷。用这类人造原料制得的陶瓷纤维统称为特种陶瓷纤维。除了部分氧化物纤维 ( 如氧化铝纤维 ) 可由氧化物原料直接熔融纺丝外，大部分特种陶瓷材料因熔融困难而无法直接焙融纺丝；一般先制得陶瓷先驱体(Preceramic Precursor) ，可以是无机先驱体(Inorganic Precursor) 、也可以是有机聚合物先驱体(Polymer Precursor) 。先驱体的组成与最终陶瓷纤维的组成虽不同，但将先驱体纺丝，再经高温烧结，便可转化为预定组成和结构的陶瓷纤维。

特种陶瓷纤维

陶瓷纤维具有有机纤维所无法比拟的耐高温及抗氧化性能，随着先进复合材料的开发及在高技术领域的应用，高强度高模量的陶瓷纤维日益受到重视，新品种的特种陶瓷纤维不断问世，产量也在快步增长。

氧化铝纤维 (Alumina Fibers) 按组成可分为氧化铝纤维 ( 氧化铝含量大于 70％ ) 和硅酸铝纤维 ( 氧化铝含量小于 70％ ) 两种；按纤维形状可分为短纤维和长纤维 (连续纤维 ) 两大类。

氧化铝纤维是陶瓷纤维的一个重要品种。国外从上世纪50 年代开始生产硅酸铝纤维， 60 年代开始在工业上应用，作为各种中低温窑炉的内衬材料，其耐热温度可达1200℃ 。为了进一步提高其耐热温度，英国和日本先后于 1975 年和 l 982 年研制成功氧化铝短纤维，用作冶金工业的绝热耐火材料，其耐热温度高达 1400℃ 。随着纤维增强复合材料的出现，耐高温的氧化铝长纤维受到复合材料界的重视，上世纪 70 年代，英、美、日等国相继研究并取得成功。目前国外主要生产厂有日本电气化学工业公司第一分公司 (无机事业部 ) ，美国杜邦公司和 3M(Minesota Mining and Manufacturing Company)公司．日本住友化学公司，英国帝国化学工业公司 (ICI) 等。

(1) 氧化铝短纤维的制造方法 主要 有熔喷法 (Melt Blown) 和离心甩丝法(Centrifugal Spinning) 两种。

熔喷法是将氧化铝和氧化硅按一定配比混合均匀后，在电炉中于 2000℃ 以上高温下熔融。以压缩空气或高温水蒸汽将熔体喷吹成细流，冷却后即成为氧化铝短纤维。这种方法工艺比较成熟，主要应用于生产氧化铝含量较低的硅酸铝陶瓷纤维。

离心甩丝法是将熔融的液流落在高速旋转的离心辊的表面，由于离心力的拉伸作用，使融体分散，经二级或三级离心而制得纤维。离心甩丝法工艺产量大，但设备比较复杂。

对于氧化铝含量大于 70％的氧化铝纤维，由于原料熔融困难，无法用上述两种方法成型。英国 1.C.I公司研究成功了一种新的纺丝方法，它是将铝盐的水溶液与纺丝性能较好的聚乙烯醇 (PVA) 或聚氧乙烯 (PEO) 等水溶性高聚物混合后，再加入作为 SiO2源的水溶性有机硅聚合物作为纺丝液、采用高速气流喷吹纺丝，得到的短纤维再在空气中烧结至 1000℃ 以上，去除有机组分，可制得氧化铝含量 95％，氧化硅含量 5％的氧化铝短纤维。

采用上述普通熔喷法或离心甩丝法制得的硅酸铝陶瓷纤维。由于熔体急冷而成为非晶纤维，常含有较多的粒状物质。这种粒状物在纤维与基体复合后会成为复合材料的内部缺陷，影响复合材料的性能。同时，这类非晶纤维在高温下会析出莫来石结晶或方石英结晶而使强度降低，因此其使用温度一般在 1260℃ 以下。而采用 I.C.I公司的方法制得的氧化铝纤维，由于纤维呈微晶状态，在高温下不会产生再结晶，因而其使用温度较高，可达 1600℃ ，而且这种纤维含粒状物较少 (3－ 5％ ) ，用作增强剂较适宜，而普通的硅酸铝纤维则主要用作绝热耐火材料。

(2) 氧化铝连续纤维的制造方法 a)杜邦公司法 以 0.5m 的 -Al2O3晶粒与 Al(OH)3 及少量Mg(OH)2 混合成粘稠的粉浆，进行干法纺丝后，在空气中于 1000℃ 左右高温烧成，最后再在1500℃ 的火焰中经数秒钟烧结而成。为了改善纤维的表面结构，在纤维表面涂覆 0.1m厚的非晶 SiO2 ，可使强度提高 50％。这种表面涂层对于制造金属基复合材料十分有益。由于复合时，纤维表面的 SiO2层因与金属基体反应而失去，纤维相当于无涂覆状态，这样可改善纤维与金属基体的浸润性，界面结合较好。

b) 3M公司法

所用原料为硼酸稳定的醋酸铝、硅溶胶和二甲基甲酰胺等。将原料混合成水溶液，在一定 PH 值下进行浓缩，得到可纺性良好的粘性凝胶，进行干法纺丝，此时得到的纤维是脆性的，在传送带上经过不同温区热处理到 800－ 900℃ ，纤 维 具 有 一 定 强 度 后 ，再在张力下1000℃烧结得到连续纤维。

c) 住友公司法 采用先驱体法制造氧化铝长纤维。将烷基铝或烷氧基铝等与水进行水解缩合得到聚铝氧烷(Polyaluminoxane) ，将这种无机聚合物与有机硅聚合物如聚硅酸酯 (Polisilicic Acid Ester) 在有机溶剂中以一定配比混合后进行干法纺丝，然后在空气中烧成。在 600℃ 以前，侧链的有机基团分解逸出，剩下的 A12O3和 SiO2 成为无机纤维。进一步在 1000℃ 下连续烧结．转变为－ A12O3超微晶粒凝集而成的连续氧化铝纤维、其 SiO2含量约为 15％。这种方法的特点是先驱体的纺丝性能良好，不必加入其它助剂，因此在烧结过程中不存在因助剂分解而残存的缺陷，可制得性能良好的连续纤维。

d) TYCO公司法

将 A12O3 在钼坩埚中于高频炉中加热到2400℃熔融，熔体通过钼喷丝板以每分钟 150mm 的速度拉出，得到直径为 50－ 500m 的单晶氧化铝连续纤维。此法得到的纤维，因氧化铝含量接近 100％，力学性能较好，但由于高温熔体纺丝对设备的要求高，且生产效率低，成本高。纤维直径较粗，对复合工艺有一定限制。

(3) 应用 氧比铝短纤维主要应用于绝热耐火材料，在冶金炉、陶瓷烧结炉或其他高温炉中用作炉身衬里等隔热材料。出于氧化铝材料密度低，绝热性好，热容量小，不仅可减轻炉体重量，节能效果显著而且可提高控温精度。氧化铝长纤维作为耐热材料，在航天工业上也已得到了重要应用，美国航天飞机已采用硼硅酸铝纤维来制造隔热瓦和柔性隔热材料。氧化铝纤维作为金属基复合材料的增强剂时，由于氧化铝纤维与金属基体的浸润性良好，界面反应较少，因此可采用高压铸造法或粉末冶金法进行复合。复合后材料的力学性能、耐磨性、硬度均有所提高，热膨胀系数减小。氧化铝纤维增强的金属基复合材料已在汽车活塞槽部件中得到应用，在旋转式气体压缩机叶片的实用化研究也取得了进展。

在树脂基复合材料方面，由于氧化铝纤维与树脂基体结合良好，比玻璃纤维的弹性大，比碳纤维的抗压强度高，正逐步在某些领域取代玻璃纤维和碳纤维。特别在文体用品方面，氧化铝纤维对基体树脂着色的限制少，可制得各种颜色的高强度钓鱼杆、高尔夫球杆、滑雪板、网球拍等。

氧化铝长纤维增强金属基复合材料主要应用于高负荷的机械零件和高温高速旋转零件以及由于轻量化而要求的高功能构件，例如正在以汽车连杆、传动轴、刹车等零件以及直升飞机的传动装置等作为应用对象，对氧化铝纤维增强铝基和钛基复合材料进行应用性研究。

氮化硼纤维 (Boron Nitride Fibers)

氮化硼纤维是 80 年代开发的一种新型陶瓷纤维。它的合成方法主要有无机先驱体转化法和有机先驱体转化法两种。

(1) 制造方法 最早制造氮化硼纤维是采用无机先驱体法。即将氧化硼熔融纺丝制得的 B2O3 纤维，在高温下用氨气氮化，再进一步高温烧结而得。其主要反应过程：首先 ， B2O3 与 NH3 生 成 加 成络合 物 ， 在350℃ 以上，加成络合物进一步与氨反应 (部分氮化反应 ) ，当温度超过 1800℃ 时，在氮气中进一步氮化。

在氮化过程中，氨通过纤维微孔向内部扩散。对于直径较粗的纤维。由于在纤维外层生成一层致密的 BN 相，使芯部的 B2O3氮化不完全是这种气固两相反向的缺点。未氮化的内层 B2O3

在高温下成熔融态向外层迁移，在纤维内部残留下裂纹或孔洞，使纤维性能降低，因此采用这种方法制得的氮化硼纤维的性能分散性较大。美国自 1971 年开始用该无机先驱体方法制造氮化硼纤维。

1976 年日本学者以含 B-N主链的高分子化合物 为 先驱体 研 制氮化硼纤 维 ， 例 如将B ， B ， B 三氨基 三苯基硼杂氮 (H2NBN-

C6H5)3 在氮气中加热至 250℃ 反应 4小时．裂解去除挥发性物 (主要是苯胺 ) ，得到可熔性硼氮聚合物，进行熔融纺丝，将得到的先驱丝在氮气保护下逐渐升温进行不熔化处理，最后在氮气中烧结至 1800℃ ，可得到氮化硼纤维、其抗拉强度可达 500-800MPa 。

又如，在 0℃的 BCl3甲苯溶液中，滴加计量的含甲苯胺的甲苯溶液，至沉淀消失为止，继续回流加热，通入过量氨气，反应充分后滤去氯化铵，再在 300℃下加热 2小时，蒸除溶剂甲苯后即可得软化点为 230℃ 的可熔性高分子物。熔融纺丝后，在氨气中进行不熔化处理，最后在1700℃下烧结得到白色氮化硼纤维。

美国 Paciorek 等的办法是首先合成了 B- 三胺基 -N-( 三硅烷基 ) 环硼氮烷 (B-triamino-N-tris (trialkylsilyl) borazines) 及其缩合产物，如二、四、八聚体。然后将多聚体在 196－ 260℃温度下热缩合得分子量 1000 以上的预聚体，这种预聚体熔融纺丝，在氨气中加热不熔化处理，最终在氮气中或氨气中高温烧结得到氮化硼纤维。

日本京都工艺纤维大学的林信行，木村良晴等提出用B ， B ， B 三 甲 胺 基 环 硼 氮 烷 (B,B,B-tris(methylamino)borzoine) 在 10 ％ ( 重量 ) 的十二烷基胺存在下进行热缩合，得到类似沥青平面结构的硼氮杂环大分子 ( 分子量一般在 600 以下 ) 。这种预聚物虽然分子量不高，但因为是平面状分子，分子间结合力较大，可在100℃左右进行熔融纺丝。纺丝过程中，纤维表面由于轻微水解而得到了不熔化处理，故纤维可直接在氨气气氛中烧结到 1000℃ 。这个阶段，由于有机基团分解，纤维呈黑色，如果进一步在氨气中烧结，则 1200℃ 时变为棕色，1400℃ 时变为白色。用这种方法得到的氮化硼纤维的最高强度和模量已分别达 980MPa和 78GPa 。大多数陶瓷纤维在 1400℃ 以上性能严重劣化，这是因为结晶的长大，而这种氮化硼纤维虽然在 1400℃附近性能有所降低，但温度继续升高，其力学性能又重新升高。

目前的情况是，以 B2O3无机先驱体制得的氮化硼纤维由于工艺上的问题使之性能分散较大，而且不易得到连续纤维；而以有机先驱体制得的纤维由于先驱体组成复杂。其对性能的影响，特别是对电性能和热性能的影响也尚待深入研究。

(2) 性能和应用 氮化硼的结构类似石墨，又称为“白色石墨”，而氮化硼的耐氧化稳定性优于石墨。石墨纤维在 500 ℃ 以上开始氧化，而氮化硼纤维在 850－ 900℃ 开始氧化，而且由于氧化生成的 B2O3膜的保护作用，可防止深度氧化。在惰性气氛中，氮化硼纤维可在 2500℃ 以上保持稳定，并有良好的高温耐腐蚀性能，在 1380℃ 熔融铸铁中保持一分钟，或在 800℃ 熔融铝中保持 5小时，无明显腐蚀现象。氮化硼纤维在较宽的温度范围内有特别高的电阻率，从 25℃ 时的 1014·cm到500℃ 时的 1010·cm ，尤其是氮化硼具有优良的热传导性能，可与不锈钢相比。这些高温特性的结合，使氮化硼可作为优良的电绝缘散热材料。值得注意的是氮化硼还显示出很低的介电损耗和介电常数，可作为抗烧蚀天线窗的理想材料。此外，因为纤维中存在 10B 同位素，使它具有较高的吸收中子能力，可用作高中子流敏感元件的保护罩材料。由上可见，由于氮化硼纤维的综合性能。使它特别适合于空间应用，如抗烧蚀罩，电绝缘器．天线窗，防护服，重返大气层使用的降落伞，火箭喷管鼻锥等。

氮化硅纤维 (Silicon Nitride Fibers) 主要组分为氮化硅，并含有少量碳化硅和氧化硅的陶瓷纤维。(1)  制造方法 1974年 verbeek 等以 CH3SiCl3或(CH3)2SiCl2 为单体，用二步法合成了含 Si-N键的树脂。所得两种硅氮树脂对水稳定，并可在 200℃左右熔融纺丝，纤维经不熔化处理后在氮气中高温烧结得到氮化硅纤维，收率 40％ -60％，抗拉强度为 1300-2500MPa ，拉伸模量为 160-250GPa ，可耐 1200℃ 高温，并具有绝缘性。

1982年 Penn 等对硅氮树脂 (A) 进行了研究，认为这种树脂的分子量为 1500-4500 ，并具有聚硅氮烷 (Polysilazane) 结构。

同年， Gaul 等人也成功地由六甲基二硅氮烷与氯硅烷或氯二硅烷反应制得高分子量聚硅氮烷。用此法可通过控制工艺条件，制得不同分子量的聚硅氮烷、其状态从粘稠液体到树脂状固体。这种树脂可经熔融纺丝得到纤维，再经不熔化处理和高温烧结，可得含碳化硅的氮化硅纤维。为了制得纯氮化硅或富氮化硅的陶瓷纤维．开展了对含氢聚硅氮烷先驱体的研究。

Seyferth 等用 H2SiCl2 在溶剂中进行氨解制得含氢聚硅氮院。H2SiCl2＋ NH3→[H2SiNH]x[(H2Si)1.5N]y+NH4Cl

产物中 x： y＝ 2:1 ，产物的结构可认为是含支链、环、线型结构的混合体。这中聚合物在适当有机溶剂中溶解后，进行干法纺丝得到聚硅氮烷纤维，最后在氩气中高温裂解，可制得含少量碳化硅的氮化硅纤维。

1987 年美国 Dow － Corning 公司的 Legrow等以 HSiCl3 与六甲基二硅氮烷反应，制得了固态的含氢聚硅氮烷 (HPZ) ，分子量较大，重均分子量 15100 ，数均分子量 3800 ，他们认为这种聚合物也只具有环、线、支链等复杂结构，根据分析测 定 ， 聚 合 物 的经验结 构 式 为(SiH)39.7 (Me3Si)24.2(NH)37.3(N)22.6 。聚合物在惰气保护下熔融纺丝，在氯硅烷 (RSiCl3) 中进行不熔化处理，通过反应放出 Me3SiCl 而使含碳量大为减少，硅、氮含量增高，最终在氮气中经 1200℃ 裂解得到无定形的 Si3N4 纤维，仅含 2.3% 的碳和 2.2％的氧。

Seyferth 等以 CH3SiHCl2 为单体进行氨解，制得环状和线形低聚体， [CH3SiHNH]n， n＝ 4.7－ 5.4 ，为了提高陶瓷产率，必须将此低聚体高分子化。其方法是在正丁醚中用金属钾催化使硅胺转化为环硅氮烷。根据这个机理， [CH3SiHNH]n ( 以八元环为例 ) 中相邻的 NH与 SiH 之间脱氢缩合可使分子量成倍增加。 这种聚硅氮烷可熔融，但由于聚合物中含有较多的 SiH—NH 活性基团。熔融时易发生交联，因此采用干法纺丝。

为了减少 SiH—KH 活性基团， Seyferth 等还研究了CH3SiHCl2与 CH3(Un)SiCl2 的共氨解， Un 为不饱和取代基如乙烯基等。采用适当配比制得的聚硅氮烷，再经脱氢缩合高分子量化，可得到较稳定的高分子量聚硅氮烷．可进行熔融纺丝，经不熔化处理 (采用紫外辐照 ) 后，在1000℃ 氩气中裂解得到黑色陶瓷纤维，其中含 Si3N4 62－ 65％， SiC 15－ 20％，游离碳 14－ 16％。在氨气中裂解可得到白色的 Si3N4 纤维，含碳量小于 1％。

日本信越公司采用六甲基二硅氮烷 (HMDS) 和六甲基环三硅氮烷〔 HMCTS〕为原料，通过循环裂解装置制备聚硅氮烷。这类聚合物经熔融纺丝，在臭氧中不熔化处理，在氮气或氨气中高温裂解，可制得含 SiC 的氮化硅纤维。美国的 Norton和 TRW 两家公司还合作开发了牌号为 Noralide XL－ 144 的氮化硅纤维在 1300℃载荷达 250MPa下抗应力破坏寿命超过 200小时，耐热氧化性能优异。1984 年日本东北大学的冈村清人等用聚碳硅烷(Polycarbosilane)熔融纺丝，经不熔化处理后，在氨气气氛中高温烧结，制得无色透明的陶瓷纤维，分 析 表 明 纤 维 中 大 部 分 为 无 定 形 氮 氧 化硅， 1400℃ 烧结产物的组成为 SiN1.5O0.47 ，其性能接近碳化硅纤维，但密度稍低。

虽然已有一些氮化硅纤维产品试销，但总的来说仍处于开发阶段，研究的重点是制得适合纺丝的低含碳量、高硅氮含量的稳定的聚硅氮烷聚合物先驱体。

(2) 性能和应用 氮化硅纤维具有优良的力学性能和耐高温氧化

性能，其最高使用温度可达 1300℃ ，是金属基和陶瓷基复合材抖的优良增强剂，尤其适用于增强氮化硅陶瓷。

据报道，氮化硅陶瓷是制造陶瓷发动机的理想材料，用氮化硅陶瓷制造涡轮增压器转子，能以每分钟 5万转的速度运转 2000小时，运转时进气温度可达 1200℃ ，轮子边缘温度达 1000℃ ，超过了不经冷却的超高温合金－镍系耐热合金。而且氮化硅转子比镍系合金轻，转子的惯性力矩可降低 34％。采用氮化硅纤维增强增韧的氮化硅陶瓷材料，能进一步提高其使用寿命和可靠性。因此氮化硅纤维的开发，将对于陶瓷发动机的产品化是一个有力的推动。

其它陶瓷纤维 在陶瓷纤维的制造方法中，采用溶胶－凝胶法(Sol-Gel) 来制造氧化物陶瓷纤维已取得了明显进展。例如，以金属醇盐为原料进行催化水解制成凝胶，将凝胶进行干法访丝后高温烧结，可制得多种氧化物陶瓷纤维，如 TiO2 纤维， ZrO2 纤维等，最近已有用这种方法来研制钇钡铜氧超导陶瓷纤维的报道。

幸冢宏光等人用一定配比的钇、钡、铜的醋酸盐水溶液，加氨水调节 PH值为 6 后，在 333－353K温度下进行浓缩。制得 Y： Ba： Cu＝ 1：2： 3 的透明凝胶，用这种凝胶纺丝。将纺得的先驱丝烧结 (烧结最高温度 1223K) 。可制得直径为 5m到 1mm的 YBa2Cu3O7-x 的超导纤维。

Mackenzie 等 用 Y(OC2H5)3、 Ba(OC2H5)3和Cu(OC2H5)2 以一定配比溶解于二乙撑三胺水溶液中，然后在 363K下加热浓缩制得凝胶。另一种方法是，在钇、钡、铜的醋酸盐或硝酸盐水溶液中加入甲基丙烯酸后，在 353－ 423K进行回流制得凝胶。这两种凝胶均是热塑性的，在加热条件下可进行纺丝制得凝胶纤维。所得的两种凝胶纤维分别经 1223K称 1173K 的烧结处理可得到 YBa 2Cu3O7-x 的超导纤维。

用这种凝胶纤维进行高温烧结时，由于高温下有机组分的分解除去，烧结得到的纤维中残存有微孔，因此得到的超导纤维较脆。

后藤共子用 YBa2Cu3O7-x微粉在分散剂存在下分散到聚乙烯酵溶液中，然后进行湿法纺丝。如用聚乙烯醇的水溶液， YBa2Cu3O7-x超导相会与水反应而分解，故最好用聚乙烯醇的二甲基亚砜 (DMSO)溶液作超导粉末的分散相，以甲醇作为凝固浴。从喷丝头纺出的含超导粉末的聚乙烯醉溶液成纤维状进入凝固浴中，凝固成直径为 70－ 300m 的纤维，再在氧气中经 980℃烧结 5 分钟，然后以每小时 100℃ 的冷却速度缓慢冷却至室温便可制得超导纤维。据研究，所用聚乙烯醇的聚合度以 3300－ 12100 为宜，分散剂采用非离子型或阴离子型．而 YBa2Cu3O7-x微粉在聚乙烯醉溶液中的重量可达 93－ 94％。得到的 YBa2Cu3O7-x超导纤维的强度可达 37MPa 。

碳化硅纤维

硼纤维 硼纤维是制备复合材料时使用的一种重要增强剂。通常指以钨丝作加热载体，用化学气相沉积(CVD)硼的方法得到的，直径 100－ 200m 的连续单丝。硼是共价键结合材料，其比模量约为金属键结合的一般工程材料钢、铝、镁的比模量的 6倍。

提取化学纯硼的研究始于 20世纪 40午代初， 50 年代末．用 CVD 方法得到高强度高模量的硼纤维及硼／环氧复合材料，并进行硼纤维增强金属 (主要是铝 ) 的全面研究。 70 年代，硼／铝复合材料的研制的应用工作，取得巨大进展。

美国是研制硼纤维及其复合材料的主要国家。上世纪 80 年代初，美国硼纤维的年产量达23000kg 。前苏联、法国也具有比较高的研制水平。日本同期月产硼纤维超过 60kg 。中国自上世纪 70 年代初开始实验室规模研制CVD硼纤维及硼／铝复合材料，目前与国际研究水平比较接近。但在工程技术应用方面，与先进国家相比，尚有一定差距。

硼纤维的制造工艺可以用多种手段制取纯硼，但作为复合材料增强剂使用的硼纤维，通常仅用还原硼的卤族元素化合物的 CVD 工艺制备。例如可用氢和三氯化硼在炽热的钨丝上反应，置换出硼，并沉积于钨丝表面：

2BCl3＋ 3H22B＋ 6HCl

硼纤维的制造工艺 钨丝预先在 NaOH溶液中，经电化清洗减径，去除表面的石墨乳，并使直径控制在 13m左右。然后进入清洗室，在氢气中加热到1200℃ 左右，清除表面可能存在的氧化物，再进入沉积室。在第一沉积室发生硼钨反应，生成 WB4 等金属化合物。同时硼向钨中扩散。在钨丝转化为硼化物时，体积膨胀。为免除内应力过大，造成纤维劈裂，第一沉积室温度较低，控制在 1120－ 1200℃ 以便在硼扩散时，仅有少量硼的沉积，第二沉积室温度较高，在1200－ 1300℃ ，以得到较高的沉积速度。反应室之间用双层水冷磨口式水银封联结．起电极和气封作用。

用硼纤维增强金属时，为避免因高温产生不良的界面反应，导致纤维劣化，通常在纤维表面还需要添加涂层。

在涂覆室通入氢、三氯化硼及甲烷，反应生成碳化硼沉积于纤维表面：

4BCl3＋ 4H2＋ CH4B4C＋ 12HCl 法国火药与炸药公司 (SNPE) 生产带 B4C涂层的钨芯硼纤维。美国 AVCO公司同类似方法制得带 SiC涂层的硼纤维，商品名 Brosic 。综合考虑到优异的力学性能，应该说硼纤维与碳化硅纤维、碳纤维相比，在价格上处于相对优势

为了便于工程技术应用，生产的硼纤维直径为100m、 140m、 220m 三类。其截面积之比约为 1： 2： 4 。大直径纤维综合性能较优，并减小钨丝所占成本组成，有利降低价格。但直径过大，缺陷增多。目前以直径 140m 纤维应用最多。美国 AVCO公司曾多年试验，在直径约30m 的碳单丝上沉积硼，由于沉积过程中硼有一定程度的伸长，造成碳丝多处断裂，使硼纤维强度激烈下降。曾在碳单丝的表面，涂覆一层热解石墨，试图减少碳芯的断裂倾向，但也未能得到比较理想的结果。

需要着重指出的是，金属基复合材料的成本、复合工艺占主要部分，往往是原材料价格的若干倍。因此，不同纤维价格对复合材料成本的影响，有时并不是主要的因素。

硼纤维的性能 良好的综合力学性能、成熟的制作工艺、合理的价格组成是硼纤维能够发展的最本质的因素。硼纤维兼有高强度高模量，与束状细纤维相比，和金属复合时，工艺相对简单，易于达到高的纤维体积密度，增强效益明显。再则粗纤维抗弯曲性能好，相应压缩强度高。

硼纤维是脆性材料，强度测量值有较大分散性。为了得到正确的检测结果，应有足够的实验量，并用统计方法进行数据处理。显然，要准确评估硼纤维的性能，除了纤维的平均强度值以外，还应描述强度值的分布状态。

研究表明，利用韦氏 (weibull) 统计理论进行实验数据的处理与分析是适宜的。硼纤维表面沟槽的深浅与夹角、沉积硼时芯部附近平行于纤维轴向孔洞的形成、径向裂纹以及由于杂质污染或沉积工艺参数的波动，产生瘤状沉积或结晶硼等，均为硼纤维制备过程可能出现的各种缺陷形式。外加载荷时，可能成为断裂源，并不同程度地影响硼纤维的力学性能。例如强度为 3150MPa 、韦氏模量 m值为6.7 的无涂层硼纤维，用化学蚀刻法去除表面层 2m 以后。由于减少表面缺陷，降低了沟槽的影响，强度值增为 3900MPa，m值 5.6变化不大。缩小测量标距，缺陷出现的几率减小，所得统计强度值提高，分散性减小

CVD硼纤维残余应力的分布的研究表明在纤维表面有高的压应力。这一现象有较大工程技术意义。在制备复合材料工序中，不会因对微观划痕、化学腐蚀等原因的敏感影响硼纤维的强度，不致增加复合工艺的复杂性。B4C涂层维持了压应力，对无非晶态的硼有积极意义。同时细微的 B4C沉积，填平硼纤维表面沟槽，能有效提高纤维强度 (图 5‘6·5) 。碳化硼或碳化硅涂层对纤维有良好的保护作用。带 B4C涂层的硼纤维，在550℃ 空气中 1小时，仍可维持原有强度。 SiC涂覆的硼纤维在 600℃ 空气中加热 1000小时，仍无明显的强度下降。而无涂层硼纤维，在 400℃ 以上滞留就会严重劣化，易与金属产生不良的界面反应，所以无涂层硼纤维，一般不用来增强金属。

硼纤维在现代科技领域中的应用 在现代科技领域中，硼纤维的主要应用在航空航天技术中制备复合材料，其中最重要与最成熟的是硼纤维增强铝基复合材料。硼／铝复合材料制法众多，从本质上讲，可归结为纤维铺设及与铝基体复合两个主要工序。以复合效果最好，应用最广的热压扩散结合(Hot Press Diffusion Bonding) 工艺为例。通常将纤维在铺有基体金属箔的特制滚筒上，按设计的密度缠绕。用胶或等离于喷涂〔 Plasma spraying〕基体金属粉末法，制得树脂纤维带或等离子喷涂条带，再叠片组装。对于树脂纤维带尚需真空加热除胶。最后用热压得到硼／铝复合材料。

美国是研制硼／铝复合材料最主要的国家，在一些机种、导弹和航天飞机上，以硼／铝复合材料制作的各种零部件，已通过试验阶段，减重效果达 20－ 66％不等。

用热压扩散结合工艺，可以制得610×1830mm 的硼／铝复合材料板。用热压及包覆板弯曲技术，制得长度超过 2m 的帽型材。

用硼／铝复合材料制造高推重比涡轮喷气发动机冷端叶片，是一项技术效益很高的研究工作。美国成功试制了 JT8D、 JT9D、 TF30、 J 79及 F100 等发动机的风扇或压气机叶片。

硼／铝复合材料最成功的实际应用，是美国在航天飞机中机身采用带钛合金端接头的硼／铝复合材料管。每架航天飞机安装 243根个同的硼／铝复合材料管构件。全部管重量 150kg ，比用铝合金挤压件的设计，节重 145kg ，相当于重量降低 44％，也节省空间，改善飞行器内部通道。对于工程应用来说，硼／铝复合材料的界面结合状态，是决定材料性能的重要因素，它包含界面反应与界而结合强度两方面的作用。 在复合温度下，硼对大多数金属呈现高的活性。实验表明，无涂层硼纤维与铝复合，易生成AlB2、 AlB12 等脆性的金属间化合物，造成纤维性能急剧下降。

展 望 在金属结构材料中，钛合金具有最高的比强度，使用温度

高于铝合金。钛的热膨胀系数与硼纤维相近，复合时两者的物理相容性优于硼／铝复合材料。硼／钛复合材料的横向强度明显高于硼／铝复合材料，是比较理想的航空航天技术应用结构材料。

然而在复合温度下 (850℃左右 ) ，钛与硼发生严重的界面反应，生成脆性的 TiB2 化合物．复合材料力学行为恶化。

硼纤维涂层。尤其是 B4C涂层的进展。在防止纤维劣化，阻止硼－钛界面反应方面具有良好作用。带 B4C涂层硼纤维增强钛合金，在界面形成精细结构，具有极好的疲劳性能。近期众多研究显示了良好的应用前景，无庸置疑，硼／钛复合材料将是继硼／铝复合材料的又一重要的金属基复合材料。

增强材料－芳纶纤维 凡聚合物大分子的主链由芳香环和

酰胺键构成，且其中至少 85% 的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。

增强材料－芳纶纤维

芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。

1 、聚对苯二甲酰对苯二胺（ PPTA ）纤维

PPTA 纤维是芳纶在复合材料中应用最为普遍的一个品种。中国于 80 年代中期试生产此纤维，定名为芳纶 1414 （芳纶 II ）。芳纶纤维具有优异的力学、化学、热学、电学等性能。 PPTA 纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良吸能性和减震、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学和动态性能；良好的耐化学腐蚀性；高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不熔等突出的热性能以及优良的介电性能。

2 、聚对苯甲酰胺（ PBA ）纤维

中国于 80 年代初期曾试生产此纤维，定名为芳纶 14 （芳纶 I ）。芳纶 I 的拉伸强度比芳纶 II低约 20% ，但拉伸模量却高出50% 以上。芳纶 I热老化性能好，这些性能用作某些复合材料的增强剂是很有利的。

3 、芳纶共聚纤维

采用新的二胺或第三单体合成新的芳纶是提高芳纶纤维性能的重要途径。　（ 1 ）对位芳酰胺共聚纤维 它是由对苯二甲酰氯与对苯二胺及第三单体 3， 4'- 二氨基二苯醚在N， N'- 二甲基乙酰胺等溶剂中低温缩聚而成的。共聚物溶液中和后直接进行湿法纺丝和后处理而得的各种产品。　（ 2 ）聚对芳酰胺苯并咪唑纤维 一般认为它们是在原 PPTA 的基础上引入对亚苯基苯并咪唑类杂环二胺，经低温缩聚而成的三元构聚芳酰胺体系，纺丝后再经高温热拉伸而成。

芳纶纤维的应用1 、 先进复合材料：（ 1 ）航空航天领域；（ 2 ）舰船中的应用；（ 3 ）汽车工业。2 、防弹制品：（ 1 ）硬质防弹装甲板；（ 2 ）软质防弹背心。3 、缆绳方面的应用4 、基础设施和建材方面：（ 1 ）芳纶增强混凝土；（ 2 ）芳纶增强木材。5 、应用于传送带6 、应用于特种防护服装7 、体育运动器材方面的应用8 、电子设备方面的应用

增强材料－超高分子量聚乙烯纤维 超高分子量聚乙烯纤维（ Ultra High

Molecular Weight Polyethylene Fiber ，简称UHMW-PE 纤维）是采用冻胶纺丝方法 -超倍热拉伸技术（ Gel Spinning Method-Ultra Drawing Technology ）制得的。

由于该纤维密度低（ 0. 97 ）、比强度、比模量高等众多优异特性，它正在许多高性能纤维市场上，包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势，在现代化战争和宇航、航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。

除此之外，该纤维在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。

基体材料－环氧树脂

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。

环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。

由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。

环氧树脂的性能和特性

1 、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。

2 、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在 0～ 180℃温度范围内固化。

3 、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。

环氧树脂的性能和特性

4 、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于 2% ）。

5 、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

6 、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。

环氧树脂的性能和特性

7 、 化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。

8 、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。

9 、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。

环氧树脂的分类

根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：　　 1 、 缩水甘油醚类环氧树脂　　 2 、 缩水甘油酯类环氧树脂　　 3 、 缩水甘油胺类环氧树脂　　 4 、 线型脂肪族类环氧树脂　　 5 、 脂环族类环氧树脂

环氧树脂的分类

复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚 A 型环氧树脂）为主。其次是缩水甘油胺类环氧树脂。　　 1 、 缩水甘油醚类环氧树脂　　缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。　　（ 1 ）二酚基丙烷型环氧树脂 二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成。

环氧树脂的分类工业二酚基丙烷型环氧树脂实际上是含不

同聚合度的分子的混合物。其中大多数的分子是含有两个环氧基端的线型结构。少数分子可能支化，极少数分子终止的基团是氯醇基团而不是环氧基。因此环氧树脂的环氧基含量、氯含量等对树脂的固化及固化物的性能有很大的影响。　　

工业上作为树脂的控制指标如下：　　①环氧值。环氧值是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标，工业环氧树脂型号就是按环氧值不同来区分的。环氧值是指每 100g树脂中所含环氧基的物质的量数。环氧值的倒数乘以100 就称之为环氧当量。环氧当量的含义是：含有 1mol 环氧基的环氧树脂的克数。

环氧树脂的分类

②无机氯含量。树脂中的氯离子能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化，同时也影响固化树脂的电性能，因此氯含量也环氧树脂的一项重要指标。

③有机氯含量。树脂中的有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。

④挥发分。⑤粘度或软化点。

环氧树脂的分类（ 2 ）酚醛多环氧树脂 酚醛多环氧树脂包括有苯酚甲醛型、邻甲酚甲醛型多环氧树脂，它与二酚基丙烷型环氧树脂相比，在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化后产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。它们是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成的。（ 3 ）其它多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂 这类树脂中具有实用性的代表有：间苯二酚型环氧树脂、间苯二酚 -甲醛型环氧树脂、四酚基乙烷型环氧树脂和三羟苯基甲烷型环氧树脂，这些多官能缩水甘油醚树脂固化后具有高的热变形温度和刚性，可单独 或者与通用 E 型树脂共混，供作高性能复合材料（ ACM ）、印刷线路板等基体材料。（ 4 ）脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂 脂族多元醇缩水甘油醚分子中含有两个或两个以上的环氧基，这类树脂绝大多数粘度很低；大多数是长链线型分子，因此富有柔韧性。

环氧树脂的分类2 、其它类型环氧树脂　　（ 1 ）缩水甘油酯类环氧树脂

缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好；反应活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好；电绝缘性好；耐气候性好，并且具有良好的耐超低温性，在超低温条件下，仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度，透光性、耐气候性好。　　（ 2 ）缩水甘油胺类环氧树脂

这类树脂的优点是多官能度、环氧当量高，交联密度大，耐热性显著提高。上前国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂优越的粘接性和耐热性，来制造碳纤维增强的复合材料（ CFRP ）用于飞机二次结构材料。

环氧树脂的分类（ 3 ）脂环族环氧树脂

这类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环氧化而制得的，它们的分子结构和二酚基丙烷型环氧树脂及其它环氧树脂有很大差异，前者环氧基都直接连接在脂环上，而后者的环氧基都是以环氧丙基醚连接在苯核或脂肪烃上。脂环族环氧树脂的固化物具有以下特点：①较高的压缩与拉伸强度；②长期暴置在高温条件下仍能保持良好的力学性能；③耐电弧性、耐紫外光老化性能及耐气候性较好。（ 4 ）脂肪族环氧树脂

这类环氧树脂分子结构里不仅无苯核，也无脂环结构。仅有脂肪链，环氧基与脂肪链相连。环氧化聚丁二烯树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。

基体材料－酚醛树脂 酚类和醛类的缩聚产物通称为酚醛树脂，

一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂，它是最早合成的一类热固性树脂。　　酚醛树脂虽然是最老的一类热固性树脂，但由于它原料易得，合成方便，以及酚醛树脂具有良好的机械强度和耐热性能，尤其具有突出的瞬时耐高温烧蚀性能，而且树脂本身又有广泛改性的余地，所以目前酚醛树脂仍广泛用于制造玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等复合材料。酚醛树脂复合材料尤其在宇航工业方面（空间飞行器、火箭、导弹等）作为瞬时耐高温和烧蚀的结构材料有着非常重要的用途。

酚醛树脂

酚醛树脂的合成和固化过程完全遵循体型缩聚反应的规律。控制不同的合成条件（如酚和醛的比例，所用催化剂的类型等），可以得到两类不同的酚醛树脂：

一类称为热固性酚醛树脂，它是一种含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂，如果合成不加控制，则会使体型缩聚反应一直进行至形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂，因此这类树脂又称为一阶树脂；

另一类称为热塑性酚醛树脂，它是线型树脂，在合成过程中不会形成三向网络结构，在进一步的固化过程中必须加入固化剂，这类树脂又称为二阶树脂。

这两类树脂的合成和固化原理并不相同，树脂的分子结构也不同。

改性酚醛树脂酚醛树脂改性的目的主要是改进它脆性或其它物理

性能，提高它对纤维增强材料的粘结性能并改善复合材料的成型工艺条件等。改性一般通过下列途径：　　①封锁酚羟基。

酚醛树脂的酚羟基在树脂制造过程中一般不参加化学反应。在树脂分子链中留下的酚羟基容易吸水，使固化制品的电性能、耐碱性和力学性能下降。同时酚羟基易在热或紫外光作用下生成醌或其它结构，造成颜色的不均匀变化。　　②引进其它组分。

引进与酚醛树脂发生化学反应或与它相容性较好的组分，分隔或包围羟基，从而达到改变固化速度，降低吸水性的目的。引进其它的高分子组分，则可兼具两种高分子材料的优点。

改性酚醛树脂1 、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂工业上应用得最多的是用聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂，

它可提高树脂对玻璃纤维的粘结力，改善酚醛树脂的脆性，增加复合材料的力学强度，降低固化速率从而有利于降低成型压力。用作改性的酚醛树脂通常是用氨水或氧化镁作催化剂合成的苯酚甲醛树脂。用作改性的聚乙烯醇缩醛是一个含有不同比例的羟基、缩醛基及乙酰基侧链的高聚物，其性质取决于：①聚乙烯醇缩醛的分子量；②聚乙烯醇缩醛分子链中羟基、乙酰基和缩醛基的相对含量；③所用醛的化学结构。由于聚乙烯醇缩醛的加入，使树脂混合物中酚醛树脂的浓度相应降低，减慢了树脂的固化速率，使低压成型成为可能，但制品的耐热性有所降低。 　　 2 、聚酰胺改性酚醛树脂

经聚酰胺改性的酚醛树脂提高了酚醛树脂的冲击韧性和粘结性，并改善了树脂的流动性，仍保持酚醛树脂优点。用作改性的聚酰胺是一类羟甲基聚酰胺，利用羟甲基或活泼氢在合成树脂过程中或在树脂固化过程中发生反应形成化学键而达到改性的目的。

改性酚醛树脂

3 、环氧改性酚醛树脂 用 40% 的一阶热固性酚醛树脂和 60%

的二酚基丙烷型环氧树脂混合物制成的复合材料可以兼具两种树脂的优点，改善它们各自的缺点，从而达到改性的目的。这种混合物具有环氧树脂优良的粘结性，改进了酚醛树脂的脆性，同时具有酚醛树脂优良的耐热性，改进了环氧树脂耐热性较差的缺点。这种改性是通过酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基进行化学反应，以及酚醛树脂中的酚羟基与环氧树脂中的环氧基进行化学反应，最后交联成复杂的体型结构来达到的。

改性酚醛树脂

4 、有机硅改性酚醛树脂 有机硅树脂具有优良的耐热性和耐潮性。

可以通过使用有机硅单体线性酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发生反应来改进酚醛树脂的耐热性和耐水性。

采用不同的有机硅单体或其混合单体与酚醛树脂改性，可得不同性能的改性酚醛树脂，具有广泛的选择性。用有机硅改性酚醛树脂制备的复合材料可在 200～ 260℃下工作应用相当时间，并可作为瞬时耐高温材料，用作火箭、导弹等烧蚀材料。

改性酚醛树脂5 、硼改性酚醛树脂 由于在酚醛树脂的分子结构中引入了无机

的硼元素，硼酚醛树脂比酚醛树脂的耐热性，瞬时耐高温性能和力学性能更为优良。硼改性酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性比普通酚醛树脂好得多。它们多用于火箭、导弹和空间飞行器等空间技术领域作为优良的耐烧蚀材料。　　 6 、二甲苯改性酚醛树脂

二甲苯改性酚醛树脂是在酚醛树脂的分子结构中引入疏水性结构的二甲苯环，由此改性后的酚醛树脂的耐水性、耐碱性、耐热性及电绝缘性能得到改善。

改性酚醛树脂7 、二苯醚甲醛树脂 二苯醚甲醛树脂是用二苯醚代替苯

酚和甲醛缩聚而成的，二苯醚甲醛树脂的玻璃纤维增强复合材料具有优良的耐热性能，可用作 H级绝缘材料，它还具有良好的耐辐射性能，吸湿性也很低。

基体材料－其它热固性树脂 　　 1 、三聚氰胺甲醛树脂 　　三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和甲醛缩聚而成的热固性树脂。用玻璃纤维增强的三聚氰胺甲醛层压板具有高的力学性能、优良的耐热性和电绝缘性及自熄性。

其它热固性树脂　　 2 、呋喃树脂 　　由糠醛或糠醇本身进行均聚或与其它单体进行共缩聚而得到的缩聚产物，习惯上称为呋喃树脂。这类树脂的品种很多，其中以糠醛苯酚树脂、糠醛丙酮树脂及糠醇树脂较为重要。

（ 1 ）糠醛苯酚树脂 糠醛可与苯酚缩聚生成二阶热固生树脂，缩

聚反应一般用碱性催化剂。常用的碱性催化剂有氢氧化钠、碳酸钾或基它碱土金属的氢氧化物。糠醛苯酚树脂的主要特点是在给定的固化速度时有较长的流动时间，这一工艺性能使它适宜用作模塑料。用糠醛苯酚树脂制备的压塑粉特别适于压制形状比较复杂或较大的制品。模压制品的耐热性比酚醛树脂好，使用温度可以提高 10～ 20℃ ，尺寸稳定性、电性能也较好。

呋喃树脂（ 2 ）糠醛丙酮树脂

糠醛与丙酮在碱性条件下进行缩合反应形成糠酮单体缤纷可与甲醛在酸性条件下进一步缩聚，使糠酮单体分子间以次甲基键连接起来，形成糠醛丙酮树脂。（ 3 ）糠醇树脂

糠醇在酸性条件下很容易缩聚成树脂。一般认为，在缩聚过程中糠醇分子中的羟甲基可以与另一个分子中的 α氢原子缩合，形成次甲基键，缩合形成的产物中仍有羟甲基，可以继续进行缩聚反应，最终形成线型缩聚产物糠醇树脂。

呋喃树脂的性能及应用未固化的呋喃树脂与许多热塑性和热固性树脂有很

好的混容性能，因此可与环氧树脂或酚醛树脂混合来加以改性。　　固化后的呋喃树脂耐强酸（强氧化性的硝酸和硫酸除外）、强碱和有机溶剂的侵蚀，在高温下仍很稳定。呋喃树脂主要用作各种耐化学腐蚀和耐高蚀的材料。　　（ 1 ）耐化学腐蚀材料 呋喃树脂可用来制备防腐蚀的胶泥，用作化工设备衬里或其它耐腐材料。　　（ 2 ）耐热材料 呋喃玻璃纤维增强复合材料的耐热性比一般的酚醛玻璃纤维增强复合材料高，通常可在150℃左右长期使用。　　（ 3 ）与环氧树脂或酚醛树脂混合改性 将呋喃树脂与环氧树脂或酚醛树脂混合使用，可改进呋喃玻璃纤维增强复合材料的力学性能以及制备时的工艺性能。这类复合材料已广泛用来制备化工反应器的搅拌装置、贮槽及管道等化工设备。

3 、聚丁二烯树脂聚丁二烯树脂是一种分子量不高的液体，

大分子主链上主要包含 1， 2- 结构，又称为 1，2- 聚丁二烯树脂。这种树脂的大分子链上具有很多乙烯基侧链，所以，在游离基引发剂存在下，可进一步交联成三向网络结构的体型高聚物。　　 1， 2- 聚丁二烯树脂可由丁二烯在烷基锂、碱金属（常用金属钠）或可溶性碱金属复合物（如钠 -萘体系）引发剂引发下，按阴离子型聚合历程合成。　　 1， 2- 聚丁二烯树脂大分子链完全由碳氢组成，因此树脂固化后有优良的电性能、弯曲强度较好、耐水性优良。

　　 4 、有机硅树脂

在有机硅聚合物中，具有实用价值和得到广泛应用的主要是由有机硅单体（如有机卤硅烷）经水解缩聚而成的主链结构为硅氧键的高分子有机硅化合物。这种主链由硅氧键构成，侧链通过硅原子与有机基团相连的聚合物，称为聚有机硅氧烷。

　　有机硅树脂则是聚有机硅氧烷中一类分子量不高的热固性树脂。用这类树脂制造的玻璃纤维增强复合材料，在较高的温度范围内（ 200～ 250℃ ）长时间连续使用后，仍能保持优良的电性能，同时，还具有良好的耐电弧性能及憎水防潮性能。有机硅树脂的性能如下：　　（ 1 ）热稳定性

有机硅树脂的 Si-O键有较高的键能（ 363kJ/mol ），所以比较稳定，耐热性和耐高温性能均很高。一般说来其热稳定性范围可达 200～ 250℃ ，特殊类型的树脂可以更高一些。

有机硅树脂

（ 2 ）力学性能 有机硅树脂固化后的力学性能不高，若在大分子主链上引进氯代苯基，可提高力学性能。有机硅树脂玻璃纤维层压板的层间粘接强度较差，受热时弯曲强度有较大幅度的下降。若在主链中引入亚苯基，可提高刚性、强度及使用温度。

（ 3 ）电性能 有机硅树脂具有优良的电绝缘性能，它的击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异。受电弧及电火花作用时，树脂即使裂解而除去有机基团，表面剩下的二氧化硅同样具有良好的介电性能。

有机硅树脂（ 4 ）憎水性 有机硅树脂的吸水性很低，水珠在其表

面只能滚落而不能润湿。因此，在潮湿的环境条件下，有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料仍能保持其优良的性能。

（ 5 ）耐腐蚀性能 有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料可耐

浓度（质量） 10%～ 30%硫酸、 10%盐酸、10%～ 15%氢氧化钠、 2% 碳酸钠及 3% 过氧化氢。醇类、脂肪烃和润滑油对它的影响较小，但耐浓硫酸及某些溶剂（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力较差。

基体材料－聚氨酯树脂 70 年代，出现了一种新的玻璃纤维增强复合材料成

型（聚合）工艺方法，即反应注射成型（ Reaction Injection Moulding, RIM ）。如果同时加入增强材料，则称为增强反应注射成型（ Rerinfouced Reaction Injection Moulding, RRIM ）。这种工艺方法的特点是反应液体能快速混合、快速反应，在反应的同时即可成型。 RIM和RRIM技术的出现，意味着包括聚合与制品成型在内的生产周期大大缩短，反应时间可以秒计。包括模具清理等辅助操作在内的整个生产周期只有几分钟。反应注射成型过程可以在较低温度下进行，所以能耗较低。

　　目前，聚氨酯树脂反应注射成型已获得工业化实施，它可用于制作聚氨茏微孔弹性体、泡沫塑料和聚氨酯结构泡沫塑料，后者可以用来代替金属材料。

基体材料－热塑性树脂 热塑性树脂是指具有线型或分枝型结构

的有机高分子化合物。这一类树脂的特点是遇热软化或熔融而处于可塑性状态，冷却后又变坚硬，而且这一过程可以反复进行。典型代表性热塑性树脂如聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯 -十二烯 -苯乙烯（ ABS树脂）、聚苯乙烯 -丙烯腈（ SAN或 AS树脂）等。

这类塑料虽有许多优点，但仍有不少不足之处，如强度、硬度、耐热性、尺寸精度等较低，热膨胀系数较大，力学性能受温度影响较大，蠕变、冷流、耐负荷变形较大等。

基体材料－热塑性树脂用玻璃纤维增强热塑性树脂而制得的热塑性玻璃纤

维增强复合材料，不仅可使上述缺点得到不同程度的改善，还可使某些性能达到或超过热固性玻璃纤维增强复合材料的水平，而且仍可以用一般注射方法成型。纤维的含量通常在 20%～ 40% 。

总的来说，用（玻璃）纤维增强热塑性塑料，可以达到下述效果：①提高拉伸、弯曲、压缩等力学强度及弹性模量，改善蠕变性能；②提高热变形温度；③降低线膨胀系数；④降低吸水率，增加尺寸稳定性；⑤改善热导率；⑥提高硬度；⑦抑制应力开裂；⑧阻迟燃烧性；⑨改善电性能。　　玻璃纤维增强热塑性复合材料的不足之处，主要是冲击韧性降低，冲击疲劳韧性有所下降，但带缺口冲击韧性有所提高。

热塑性树脂的基本性能1 、力学性能

决定合成树脂力学性能的结构因素有以下五个：①大分子链的主价力；②分子间的作用力；③大分子链的柔韧性；④分子量；⑤大分子链的交联密度。

热塑性树脂与热固性树脂在结构上的显著差别在于前者的大分子链为线型结构，而后者的大分子链为体型网状结构。由于这一结构上的差别，使热塑性树脂与热固性树脂相比在力学性能上有以下几个显著特点：①具有明显的力学松弛现象；②在外力作用下，形变的能力较大，即当应变速度不大时，可具有相当大的断裂延伸率；③抗冲击性能好。

2 、电学性能热塑性树脂的电性能按其大分子的极性不同可分成

以下几类： 　（ 1 ）非极度性的

这类树脂如聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等。　（ 2 ）弱极性的

这类树脂如聚苯乙烯、聚异丁烯、天然橡胶等。　（ 3 ）极性的

这类树脂如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。　（ 4 ）强极性的

这类树脂如聚酯。非极性树脂具有优异的绝缘性能，对腐蚀性介质稳

定，可作为高频率的电解质。弱极性与极性的树脂可用于中频率的电工技术。强极性树脂只能作为低频率的介电体。

复合材料常用热塑性树脂

迄今，几乎所有的热塑性树脂皆可用玻璃纤维或其它纤维增强。下面对增强效果比较显著，并得到广泛应用的树脂作一介绍：　　 1 、聚烯烃　　聚烯烃树脂是一类发展最快、品种最多、产量最大的热塑性树脂，主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

复合材料常用热塑性树脂

（ 1 ）聚氯乙烯 聚氯乙烯在工业上是由氯乙烯通过游离基型加聚反应而得。工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构。

硬质聚氯乙烯（未添加增塑剂）具有良好的力学性能、耐候性和耐燃性，可以单独用作结构材料。硬质聚氯乙烯可用增强材料（如玻璃纤维）进行增强，增强后聚氯乙烯强度与刚度可增加数倍，但热扭变温度无显著提高。

聚氯乙烯有较高的化学稳定性。除了浓硫酸（浓度超过 90% ）和 50%以上的浓硝酸以外，聚氯乙烯耐酸、碱的性能良好，并耐大多数油类、脂肪和醇类的侵蚀，但不耐芳烃类、酮类、酯类的侵蚀。环己酮、四氢呋喃、二氯乙烷和硝基苯则是它的溶剂。

聚氯乙烯在室温下是稳定的，但温度超过 100℃导致释出氯化氢，使聚合物颜色变深，为了改善其热稳定性，在进一步加工过程中都要加入稳定剂。

复合材料常用热塑性树脂（ 2 ）聚乙烯

聚乙烯是聚烯烃树脂中发展最为迅速的一种树脂，制造方法有高压法、中压法、低压法等。聚乙烯的分子结构简单，具有良好的结晶性，使聚乙烯的溶解性能降低，但提高了聚合物的力学强度和硬度。低压法聚乙烯软化点在 120℃ 以上，使用温度可达 80～ 100℃ ，但此时不能承受载荷。其耐寒性良好，摩擦性能良好，化学稳定性高。它的吸水性极小，并且有突出的电绝缘性能和良好的耐辐射性。其缺点是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷。

用玻璃纤维增强聚乙烯可使力学性能和热性能有很大提高，通常用 20%～ 25% 的玻璃纤维增强聚乙烯。

复合材料常用热塑性树脂（ 3 ）聚丙烯 聚丙烯的特点是结晶度很高，相对密度小（约为 0.90～ 0.91g/cm2 ），熔点在 170～ 175℃范围内，分子量一般在 15～ 70万之间，与其它聚烯烃相比，聚丙烯相对分子质量的分布较宽。聚丙烯的强度和刚性均超过聚乙烯，尤其具有突出的耐弯曲疲劳性能。缺点是蠕变比聚酰胺和聚氯乙烯要大得多。聚丙烯耐热性较好，热变形温度为 90～ 105℃ 。聚丙烯为非极性高聚物，有优良的电绝缘性能，更兼有优良的耐热性。此外，它还有良好的化学稳定性，聚丙烯几乎不吸水，除对强氧化性的酸（发烟硫酸、发烟硝酸）外，几乎都很稳定，耐碱性也很突出。由于聚丙烯大分子链中的碳原子对氧的侵蚀非常敏感，在光、热和空气中的氧作用下容易老化，一般常将抗氧剂与紫外光稳定剂并用使之起到协同效应作用，以抑制老化过程。

用玻璃纤维增强的聚丙烯，其力学性能有很大的提高，热变形温度、尺寸稳定性及低温冲击性能和老化性能亦有所提高。

复合材料常用热塑性树脂

（ 4 ）聚苯乙烯 聚苯乙烯的相对密度为 1.05～ 1.07 ，为无定形结构，玻璃化温度为 80℃左右，最高使用温度仅为 60～ 75℃ 。聚苯乙烯具有优良的电性能，有很高的体积电阻、表面电阻和极低的介电损耗（ 0.00001～ 0.00003 ），且这些性能随温度、湿度仅有微小的变化。它的吸水性极小（在水中浸 300h以上其吸水率仅为 0.05% ），它可以耐许多矿物油、有机酸、低级醇和脂肪烃。但受许多芳烃和氯代烃类的侵蚀而溶胀或溶解。聚苯乙烯具有良好的透明性，其透明度可达 88%～92% 。由于分子中含有苯环，可使 α位的 C-H键活化而容易氧化，长时间在空气中会老化而产生龟裂。

聚苯乙烯用玻璃纤维增强后，最突出的性能改善是提高低温冲击韧性。

2 、氟树脂氟树脂是一类由乙烯分子中氢原子被氟原

子取代的后的衍生物合成的聚合物。氟树脂的分子链结构中由于有 C-F键，碳

链外又有氟原子形成的空间屏蔽效应，故其具有优异的化学稳定性、耐热性、介电性、耐老化性和自润滑性等。主要的品种有聚四氟乙烯、聚二氟氯乙烯、聚偏氟乙烯和聚氟乙烯等。

聚四氟乙烯能在 -250～ 260℃长期连续使用，它不溶解或溶胀于任何已知的溶剂，即使在高温下，王水对它也不起作用。它还具有极低的静摩擦系数以及优异的润滑性、阻燃性和耐大气老化性能等。

2 、氟树脂聚三氟氯乙烯长期使用的温度范围低于聚四

氟乙烯，为 -200～ 200℃ ，但具有较高的硬度、较低的渗透性和良好的耐蠕变性，并且更容易成型加工。　　聚偏氟乙烯长期使用温度范围为 -40～150℃ ，其拉伸强度、抗压强度都比聚四氟乙烯高得多，是氟树脂中韧性最好的一种，并且可用一般热塑性塑料的加工方法进行加工成型。　　聚氟乙烯最高使用温度为 120℃ ，具有氟树脂中最高的拉伸强度和最低的气体透过系数，和极优异的耐气候性，在大气中使用寿命长达 25 年，是一种极优的耐老化材料。表面敷贴有聚氟乙烯薄膜的玻璃纤维增强复合材料可大大提高室外使用寿命。

3 、聚酰胺树脂聚酰胺商品名又称尼龙（ Nylon ）或锦纶。聚酰胺是主

链上含有许多重复酰胺基团的一大类线型聚合物，品种很多。通常由 ω－氨基酸或内酰胺开环聚合而得，或由二元酸和二元胺经缩聚反应而得。　　聚酰胺分子链中的酰胺基材可以相互作用形成氢键，使聚合物有较高的结晶度和熔点。各种聚酰胺的熔点随高分子主链上酰胺基团的浓度和间距而变化，熔点相差较大，约在 140～280℃ 之间。　　聚酰胺的熔点虽较高，但其热变形温度都较低，长期使用温度低于 80℃ 。然而，聚酰胺树脂用玻璃纤维增强后其热形温度会明显提高，线膨胀系数也会降低很多。　　因聚酰胺分子中含有的酰胺基团极性大，故吸水率较高，电绝缘性能较差。当采用玻璃纤维增强后，虽不能保证明显降低吸湿性，但可以明显改善使用性能。弹性模量的增加和蠕变性能的改善，能大大提高聚酰胺吸湿时的尺寸稳定性。聚酰胺对大多数化学试剂具有良好的稳定性，耐油性较好（如植物油、动物油及矿物油），对碱的稳定性亦较好，但不耐极性溶剂，如苯酚、甲酚等。

4 、聚酯树脂（涤纶）聚酯树脂是一类由多元酸和多元醇经缩聚反

应得到的在大分子主链上具有酯基重复结构单元的树脂。　　涤纶树脂主要结构为线型高分子量的聚酯。涤纶树脂的熔点在 260℃左右，对水和一般氧化剂水溶液是稳定的，在一般浓度酸碱溶液中，室温下较稳定，在大于 50℃ 时有明显的侵蚀作用。它在室温条件下可溶于氟代和氯代醋酸和酚类，但不溶于脂肪烃。值得指出的是涤纶树脂耐光化学的降解性能、耐气候性以及耐辐射性能都十分优良。涤纶树脂通过玻璃纤维、滑石粉、云母等增强材料来提高性能很有效，增强后的涤纶树脂在应力作用下的变形极小，在长时间负荷作用下的蠕变特性也极为优异，耐疲劳性也极好。

5 、聚碳酸酯树脂聚碳酸酯是一种综合性能优良的热塑性塑

料，它具有良好的力学性能、电性能以及耐寒、耐热、自熄等特点，尤其是极好的抗冲击性能，是性能最优异的热塑性塑料之一。

主要性能如下：①相对密度为 1.20 ，熔点为 220～ 230℃ ，可溶于二氯甲烷、间甲酚、环己酮和二甲基酰胺等，在乙酸乙酯、四氢呋喃和苯中溶胀。②力学性能十分优良，注射模塑材料的冲击韧性大于 20kJ/m2 ，断裂伸长率为 60% ，弯曲弹性模量 2.2～ 2.5GPa 。③热变形温度达到 130～ 140℃仍具有良好的耐寒性，脆化温度为－ 100℃ 。④它的吸水率很低，在较广的温度范围和潮湿条件下，仍具有较好的介电性能。

6 、聚甲醛树脂聚甲醛是一种没有侧链、高密度、高结

晶性的线型聚合物，具有优异的综合性能。聚甲醛的拉伸强度可达 70MPa ，可在 104℃下长期使用，脆化温度为 -40℃ ，吸水性较小。但聚甲醛的热稳定性较差，耐候性较差，长期在大气中曝晒会老化。

聚甲醛的力学性能相当好，它具有较高的强度的弹性模量，摩擦系数小，耐磨性能好。聚甲醛还具有高度抗蠕变和应力松弛的能力。

聚甲醛尺寸稳定性好，吸水率很小，所以吸水率对其力学性能的影响可以不予考虑。聚甲醛有较好的介电性能，在很宽的频率和温度范围内，它的介电常数和介质损耗角正切值变化很小。

聚甲醛树脂

聚甲醛的耐热性较差，在成型温度下易降解放出甲醛，一般在造粒时加入稳定剂。若不受力，聚甲醛可在 140℃下短期使用，其长期使用温度为85℃ 。

聚甲醛耐气候性较差，经大气老化后，一般性能均有所下降。但它的化学稳定性非常优越，特别是对有机溶剂，其尺寸变化和力学性能的降低都很少。但对强酸和强氧化剂如硝酸、硫酸等耐蚀性很差。

7 、聚丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯树脂（ ABS 树脂）ABS树脂是由丙烯腈（ A ）、丁二烯（ B ）、苯乙烯

（ S ）三种单体组成的三元共聚物。由于 ABS 分子中有三种单体组分，因此，它兼有三种

组分的共同特性，使其成为坚韧、质硬、刚性的材料，三种组分的配比改变会直接影响其性能。一般情况下，三种组分的配比是：丙烯腈 25%～ 30% ，丁二烯 25%～ 30% ，苯乙烯40%～ 50% 。

ABS树脂的吸水率较低，试样在室温下浸置水中一年吸水率不超过１％，而物理性能没有变化。温度、湿度对 ABS树脂的电性能影响很小，且在较大的频率变化范围内亦很稳定。

ABS树脂的缺点是耐热性不够高，按不同类型的 ABS树脂和所加的载荷，热变形温度从 65～ 124℃ 不等。其上限温度是耐热级和低载荷时的数值，一般热变形温度为 93℃ 。

ABS树脂也被广泛地用玻璃纤维增强。纤维含量一般在20%～ 30% 。纤维增强的 ABS树脂，热变形温度提高不大。当纤维含量为 20% 时，约比原树脂高 10℃左右，但此时刚性有明显提高，制品的尺寸稳定性好，易保持原有的形状。

8 、聚苯乙烯 -丙烯腈树脂（ SAN或 AS 树脂）

SAN树脂是微黄色固体。它比聚苯乙烯有更高的冲击韧性和优良的耐热性、耐油性及耐化学腐蚀性。对引起聚苯乙烯应力开裂的烃类有良好的耐久性。在现有热塑性塑料中，它的拉伸弹性模量较高。　　 SAN 树脂经玻璃纤维增强，其力学性能有显著提高。

基体材料－不饱和聚酯树脂 不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或

酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在 190～ 220℃ 进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。

不饱和聚酯树脂的物理和化学性质1 、物理性质

不饱和聚酯树脂的相对密度在 1.11～ 1.20左右，固化时体积收缩率较大，固化树脂的一些物理性质如下：

⑴耐热性。绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在 50～ 60℃ ，一些耐热性好的树脂则可达 120℃ 。热膨胀系数 α 为（ 130～ 150） ×100 － 6℃ 。

　⑵力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。

⑶耐化学腐蚀性能。不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，可以有很大的差异。

⑷介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。

不饱和聚酯树脂的物理和化学性质2 、化学性质

不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。

主链上的双键可以和乙烯基单体发生共聚交联反应，使不饱和聚酯树脂从可溶、可熔状态转变成不溶、不熔状态。

主链上的酯键可以发生水解反应，酸或碱可以加速该反应。若与苯乙烯共聚交联后，则可以大大地降低水解反应的发生。

在酸性介质中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，由于形成了共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的，所以聚酯耐碱性较差。

不饱和聚酯树脂的物理和化学性质化学性质

聚酯链末端上的羧基可以和碱土金属氧化物或氢氧化物 [ 例如MgO， CaO， Ca(OH)2等 ] 反应，使不饱和聚酯分子链扩展，最终有可能形成络合物。分子链扩展可使起始粘度为 0.1～ 1.0Pa·s 粘性液体状树脂，在短时间内粘度剧增至 103Pa·s以上，直至成为不能流动的、不粘手的类似凝胶状物。树脂处于这一状态时并未交联，在合适的溶剂中仍可溶解，加热时有良好的流动性。

不饱和聚酯树脂结构与性能的关系

迄今，国内外用作复合材料基体的不饱和聚酯（树脂）基体基本上是邻苯二甲酸型（简称邻苯型）、间苯二甲酸型（简称间苯型）、双酚 A 型和乙烯基酯型、卤代不饱和聚酯树脂等。

不饱和聚酯树脂结构与性能的关系1 、 邻苯型不饱和聚酯和间苯型不饱和聚酯　　邻苯二甲酸和间苯二甲酸互为异构体，由它们合成的不饱和聚酯分子链分别为邻苯型和间苯型，虽然它们的分子链化学结构相似，但间苯型不饱和聚酯和邻苯型不饱和聚酯相比，具有下述一些特性：①用间苯型二甲酸可以制得较高分子量的间苯二甲酸不饱和致辞酯，使固化制品有较好的力学性能、坚韧性、耐热性和耐腐蚀性能；②间苯二甲酸聚酯的纯度度，树脂中不残留有间苯二甲酸和低分子量间苯二甲酸酯杂质；③间苯二甲酸聚酯分子链上的酯键受到间苯二甲酸立体位阻效应的保护，邻苯二甲酸聚酯分子链上的酯键更易受到水和其它各种腐蚀介质的侵袭，用间苯二甲酸聚酯树脂制得的玻璃纤维增强塑料在 71℃饱和氯化钠溶液中浸泡一年后仍具有相当高的性能。

不饱和聚酯树脂结构与性能的关系2 、 双酚 A 型不饱和聚酯　　双酚 A 型不饱和聚酯与邻苯型不饱和聚酸及间苯型不饱和聚酯大分子链的化学结构相比，分子链中易被水解遭受破坏的酯键间的间距增大，从而降低了酯键密度；双酚 A 不饱和聚酯与苯乙烯等交联剂共聚固化后的空间效应大，对酯基起屏蔽保护作用，阻碍了酯键的水解；而在分子结构中的新戊基，连接着两个苯环，保持了化学瓜的稳定性，所以这类树脂有较好的耐酸、耐碱及耐水解性能。

不饱和聚酯树脂结构与性能的关系

3 、 乙烯基树脂　 乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是 60 年代发展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。　 乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键非常活泼，固化时不受空间障碍的影响，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可与单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R 基团可以屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比普通不饱和聚酯中少 35%～ 50%左右，这样就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳定性；④树脂链上的仲羟基与玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强度；⑤环氧树脂主链，它可以赋与乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优异的耐酸性。

乙烯基树脂的品种和性能，随着所用原料的不同而有广泛的变化，可按复合材料对树脂性能的要求设计分子结构。

不饱和聚酯树脂结构与性能的关系4 、 卤代不饱和聚酯

卤代不饱和聚酯是指由氯茵酸酐（ HET酸酐）作为饱和二元酸（酐）合成得到的一种氯代不饱和聚酯。

氯代不饱和聚酯树脂一直是当作具有优良自熄性能的树脂来使用的。但近年来研究表明氯代不饱和聚酯树脂亦具有相当好的耐腐蚀性能，它在上些介质中耐腐蚀性能与双酚 A 不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂基本相当，而在某些例（例如湿氯）中的耐腐蚀性能则优于乙烯基树脂和双酚 A 不饱和聚酯树脂。

热湿氯在不饱和聚酯树脂接触后会发生反应而产生氯代的不饱和聚酯树脂或称 "氯奶油 " 。由双酚 A 不饱和聚酯 树脂和乙烯基酯树脂产生 "氯奶油 " 性状柔软，湿氯可以通过该 "氯奶油 "层进一步（腐蚀）渗透，但由氯代不饱和聚酯产生 "氯奶油 " 性状坚硬，可以阻止湿氯的进一步（腐蚀）渗透。

商品树脂不饱和聚酯树脂的品种牌号基多。从产品性能来

分，用作复合材料基体的，有下述类型。　　 1 、通用型树脂 通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚酯树脂，亦包括部分间苯型不饱和聚酯树脂，它们大多用于手糊玻璃纤维增强塑料制品。　　 2 、耐热型树脂 要求不饱和聚酯树脂在高温下应用，热变形温度较低的通用型树脂就不适用。耐热型树脂的热变形温度应不小于 110℃ ，在较高温度下具有高的强度保留率。　　 3 、耐化学型树脂 这类树脂具有优异的耐腐蚀性能和耐水性能，商品树脂主要有双酚 A 型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不饱和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。　　 4 、阻燃型树脂 阻燃型树脂是在合成时使用一种能产生阻燃（自熄）的成分，例如使用四溴苯酐、氯茵酸酐（ HET酸酐）取代苯酐代合成树脂。

商品树脂5 、耐气候型树脂

这类树脂使用新戊二醇及甲基丙烯酸酯类交联单体，并添加紫外光吸收剂，提高了树脂的耐气候性和光稳定性。树脂透明性好，耐用树脂浇铸体的折射率可与玻璃纤维的折射率相近或一致。6 、高强型树脂

这类树脂具有高的强度和坚韧性，主要用于纤维缠绕工艺制备的复合材料7 、胶衣树脂

用于复合材料的胶衣层，以提高制品的外观（美观）、质量和使用寿命。按照使用要求，胶衣树脂主要分为以下几类：　　 ①通用型胶衣：耐沸水、耐摩擦、耐肥皂或清洁剂的腐蚀，具有良好的表面光泽；②耐化学腐蚀胶衣：用于耐腐蚀制品的表面；③光稳定型胶衣：具有优良的耐气候性；④食品容器用的胶衣。8、 SMC或 BMC专用树脂

这类树脂具有：①低粘度；②增稠快；③活性高；能快速固化；④在加入引发剂，增稠剂后的几个月存放期内性能稳定，且在设法时能快速固化。9 、其它类型树脂

这是近年来的新品种，如注射、 RTM 、拉挤等成型工艺专用树脂。

基体材料－高性能树脂 高性能树脂通常具有优良的物理、力学、电

学、热学、耐化学腐蚀等综合性能，其中尤以耐高温性能最重要。它们的问世给复合材料提供了高性能的基体材料，促进了复合材料迅速地向高性能复合材料（ Advanced Composite Materials, ACM ）的发展，从而促使宇航、航空、太空武器、先进军事武器、电子技术等以更惊人的速度发展。　　目前，用作为高性能复合材料基体材料的高性能树脂主要有以下几类：　　 1 、聚酰亚胺　　这类树脂具有以下特性：①在宽广的温度范围内保持高的强度。②高的热稳定性和氧化稳定性。③优良的磨蚀特性。④优良的电性能，在高温下电性能基本保持恒定。⑤具有自熄性能，发烟量小。

聚酰亚胺聚酰亚胺可分成缩聚型和加聚型两种。

　（ 1 ）缩聚型聚酰亚胺 缩聚型芳香族聚酰亚胺是由芳香族二元胺

和芳香族二酐、芳香族四羧酸或芳香族四羧酸二烷酯反应而制得的。由于缩聚型聚酰亚胺的合成反应是在诸如二甲基甲酰胺、 N-甲基吡咯烷酮等高沸点质子惰性的溶剂中进行的，而聚酰亚胺复合材料通常是采用预浸料成型工艺，这些高沸点质子惰性的溶剂在预浸料制备过程中很难挥发干净，同时在聚酰胺酸环化（亚胺化）期间亦有挥发物放出，这就容易在复合材料制品中产生孔隙，难以得到高质量、没有孔隙的复合材料。因此缩聚型聚酰亚胺已较少用作复合材料的基体树脂，主要用来制造聚酰亚胺薄膜和涂料。

聚酰亚胺（ 2 ）加聚型聚酰亚胺

由于缩聚型聚酰亚胺具有如上所述的缺点，为克服为些缺点，相继开发出了加聚型聚酰亚胺。目前获得广泛应用的主要有聚双马来酰亚胺和降冰片烯基封端聚酰亚胺。通常这些树脂都是端部带有不饱和基团的低相对分子质量聚酰亚胺，应用时再通过不饱和端基进行聚合。　①聚双马来酰亚胺

聚双马来酰亚胺是由顺丁烯二酸酐和芳香族二胺缩聚而成的。它与聚酰亚胺相比，性能不差上下，但合成工艺简单，后加工容易，成本低，可以方便地制成各种复合材料制品。但固化物较脆。

2 、聚砜和聚醚砜

聚砜和聚醚砜是由双酚 -A 或双酚 -S钠盐和 4， 4‘- 二氯二苯砜之间的亲核取代反应制得的。

聚砜和聚醚砜具有下述特性：①具有优良的耐热及耐热老化性，其优

良的力学性能可以保持到 200℃ ；②在宽广的温度和频率范围内具有优良的电性能；③具有优良的耐 X射线、 β射线和 γ射线性能；④具有优良的耐火焰作用；⑤纯树脂制品具有透明性。

3 、聚苯硫醚聚苯硫醚是目前被认为耐热性最佳

的聚合物之一。从聚合物在空气中和氮气中的热失重分析可以看出，线型聚合物可稳定到 400℃ 。它可以在 300℃短期受载，在 240℃ 时可以长期使用。它具有特别显著的耐化学腐蚀性能，经高温、长期在腐蚀介质中使用后，聚合物的性能仍然保持完好。聚苯硫醚对玻璃、陶瓷、金属都有较好的粘结性能，用玻璃纤维增强时，不要求玻璃纤维经偶联剂处理。它的成型制品性能较好。

4 、聚芳醚酮

聚芳醚酮中最重要的是聚醚醚酮（ PEEK ），是由 4， 4‘- 二氟二苯甲酮、对苯二酚、碳酸钾或碳酸钠在二苯砜溶剂中合成制得的。

PEEK热变形温度在 160℃左右，有相当好的热稳定性，它最高长期使用温度可达 200℃ ，在 200℃下使用寿命可达 5×104h左右。 PEEK 具有优良的长期耐蠕变性能和疲劳特性，它在高交变外力作用下经几万次循环仍保持完好。

PEEK 有优良的化学稳定性，除一些如浓硫酸、氯磺酸等强酸外，在常温下几乎可以耐所有的化学试剂。

4 、聚芳醚酮PEEK 具有优良的耐 X射线、 β射线和

γ射线性能，能承受高剂量的辐射而不明显地改变其性能。并具有优良的电绝缘性能。

PEEK 具有良好的阻燃性，其氧指数较高，厚度 1.6mm 的制品，阻燃性可达 UL94V-0级。PEEK对碳纤维有较好的粘结性，经碳纤维增强的 PEEK 的力学性能和耐热性能都有明显的提高。

PEEK 具有高强度、耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射和易加工的综合性能，已在核工业、航天航空工业和化学工业等获得应用。

5 、其它高性能树脂（ 1 ）聚苯并咪唑

聚苯并咪唑（ PBI ）是由芳香族四元胺和芳香族二羧酸的衍生物缩聚制得的。它具有优良的耐高温性能，可用作耐高温粘结剂和复合材料基体。但复合材料成型需要高的成型压力，以减少复合材料制品的空隙率。（ 2 ）聚喹恶啉

聚喹恶啉是由芳香族四元胺和芳香族四羰基化合物缩聚而成的。它在空气中可以一直稳定到 310℃左右，到达 370℃左右则发生严重的热氧化降解。如果与氮原子相邻的氢被苯基取代，它的热稳定性有很大的提高。如果用诸如乙炔基或乙烯基等活性基团取代，虽然热稳定性有所降低，但可以改善聚喹恶啉的加工性能。

5 、其它高性能树脂

（ 3 ）聚苯乙烯吡啶 聚苯乙烯吡啶是一种新的聚芳香杂环聚

合物，简称作 PSP树脂。它是由芳香族二醛和吡啶的甲基衍生物。控制反应条件可以得到适合于浸渍各种纤维状增强材料的液体树脂、能溶于乙醇或乙醇 -丙酮溶剂的固体树脂、仅能溶解于诸如 N-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺等极性溶剂的固体树脂、以及适合于压塑或注塑成型的固体树脂。固化的 PSP树脂有良好的热稳定性。

基体材料－双马来酰亚胺树脂 新型歼击机对复合材料树脂基体的基本要求是：满足常

规条件下机动性和失速条件下的可控性所必须具有的强度和刚度；在 130～ 150℃额定湿热条件下保持较高的强度、刚度，即使在结构受到低能量损伤后，仍有足够的剩余强度；优越的工艺性，确保复合材料结构的高成品率，适应大型构件与复杂型面构件的制造；同时，要尽可能降低材料的费用，进而降低复合材料结构的总成本。对上述要求，工程化的环氧树脂已难满足温度要求。聚酰亚胺树脂虽有卓越的耐热性，但苛刻的工艺条件限制了它的推广应用。而居环氧树脂与聚酰亚胺之间的加成型聚酰亚胺－双马来酰来胺，既有接近聚酰亚胺的耐热性，又基本保留环氧树脂的成型工艺性，因而引起人们的关注。自1980 年以来纷纷将它从耐热绝缘材料的狭小范围推广到先进复合材料的基体树脂。

基体材料－双马来酰亚胺树脂 双马来酰亚胺的化学结构表明它具有良好

的耐热性，但高的交联密度使它呈现出不可忽视的脆性。此外，还表现在它的高熔点和几乎不溶解于低沸点溶剂（如丙酮等），它的固化和后固化温度又高达 250℃ ，使一些工程难于处置。为此必须对双马来酰亚胺进行改性，以使它适应于先进复合材料基树脂的基本条件。即可采用铝合金成型模具和一般档次的固化工艺辅助材料，在类似环氧树脂的固化温度固化成型。

现今对双马来酰亚胺树脂的改性目标是尽可能在保持其耐热性的前提下，改进其韧性与工艺性。由于该树脂用于军用飞机，军用飞机的安全性与使用寿命增加了改性工作的严肃性和难度。

添加剂

偶联剂： 不饱和聚酯树脂引发剂和促进剂 阻聚剂与缓聚剂 增韧剂与稀释剂 环氧树脂固化剂 抗氧剂 光稳定剂 热稳定剂 填料 脱模剂 着色剂与触变剂 阻燃剂

树脂基复合材料的成型加工 复合材料的增强剂和基体的优异性能必须通过成型工艺这一环节才能在复合材料中体现出来。要获得良好性能的制品，必须根据原材料的工艺特点、制品尺寸和形状，使用要求等条件，正确选择工艺方法和工艺参数。在成型过程中，按照所要求的力学性能和允许的变形状态，确定纤维在基体中的排列规则和相对位置，要防止纤维的弯折和错动，使它均匀地排布在基体中，并与基体保持要求的比例。为了充分发挥各组分的性能，应尽可能减少制品中的孔隙含量。对个热固性树脂基体来说，还要正确地控制基体的固化程度，避免脆裂或固化不完全等。

在树脂基复合材料中，针对热固性树脂的工艺待性，开发出：手糊成型、热压罐型、对模模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、喷射成型、以及注射成型等多种成型方法。 由于高性能热塑性树脂基体很难溶于 ( 或不溶于 ) 有机溶剂，而且成型温度高 (300－400℃) ，粘度大 (1000－ 10000Pa·S) ，不能沿用热固性树脂基复合材料加工方法，而是根据热塑性树脂基复合材料能够热成型的特点，借用金属加工中行之有效的方法，开发出对合面模压、依从模压、预热坯料成型和热装配四类成型工艺，其具体方法如下：

(1)对合面模压Matched Face Molding

半面压制 (Platen pressing)

对模模压 (Matched die molding)

压缩模压 (Compression molding)

拉挤 (Pultrusion)

(2)依从模压 Compliance Molding

真空成型 (Vacuum forming)

热压罐成型 (Autoclave forming)

隔膜成型 (Diaphragm forming)

(3)预热坯料成型 Forming of Preheated Blank

流体成型 (Hydro forming)

橡胶成型 (Rubber forming)

双作用对模成型 (Double action matched die)

(4)热装配 Hot Assembly

带铺放 (Tape laying)

纤维缠绕 (Filament winding)

双带层压 (Double belt tamination)

一、 热压罐成型

这是制造结构复合材料制品的一种通用方法，适用于以预浸材料成型的复合材料制品，主要用于制造高性能复合材料制品。首先，将预浸材料以一定的排列顺序置于预先涂有脱模剂 ( 或已铺放脱模片 ) 的模具上，铺放分离布和带孔的脱模薄膜，在脱模薄膜的上面铺放吸胶透气毡，再包覆耐高温的真空袋，并用密封条密封周边(见下图 ) 。

热压罐成型示意图

然后，连续从真空袋内抽出空气并加热。使预浸材料的层间达到一定程度的真空度。达到要求温度后，向热压罐内充以压缩空气，给制品加压。分离布常用涂以聚四氟乙烯的玻璃布，或涂以脱模剂的尼龙织物。透气吸胶层通常选用泡沫硅橡胶或聚酯毡。热压罐成型工艺的主要设备是能承受所需温度和压力，并具有必要的成型空间的热压罐，以及加温、加压系统、抽真空系统、控制系统或记录系统，如图所示，

采用热压罐法成型复合材料制品时，无法观察到基体树脂的流变和固化行为，只能通过测定树脂在固化过程中的粘度、介电常数或反应热的变化，确定加温和加压程序的实施。其中，介电常数法已成功的应用于热压罐成型监控中。

热压罐成型工艺所用的模具及材料是成型复合材料制品时应慎重考虑的问题。所用的模具有可折卸的铝模具、钢增强的玻璃钢模具、大型钢板模具、实心钢模或实心铝模，以及低融点金属制造的导管芯模等。铸铝模具的表面和内部可能有缺陷，会引起真空漏气或形成多孔的表面。铝制模具表面可以进行阳极化处理及表面硬化。对于复杂零件，除了基本模具外，还必须有一组辅助模具。应当根据成型制品的形状和性能要求，仔细设计、加工和选择。

热压罐主要设备系统示意图

当采用热压罐法成型复合材料制品的面积和厚度都相当大时，即使施加比较高的压力也很难把孔隙率降得很低。据研究报道，当热压罐中的压力为 0.56MPa 时，液态树脂中的压力只有0.07MPa 。这样低的压力不足以防止孔隙的形成。因此，开发了一种“袋内加压”技术。在密封袋内充压、使之达到热压罐压力的 75％左右，加上足够高的压力就能限制气孔的形成和增长。由于在袋内加压，压力能很好地向树脂传递。这样制得的复合材料制品密实、孔隙率低。

热压罐成型方法被认为是一种带有“技巧性”的方法。操作人员的技巧和知识，在很大程度上影响了制品的质量。因此，对操作人员的培训十分重要。热压耀成型方法应用到以热密件预浸材料(如 APC 体系 ) 制造复合材料制品的成型工艺中。

二、 隔膜成型制造具有双曲型面大型热塑性复合材料结构制品的一种最有希望的成型方法。首先，将末固结的热塑性预浸材料平铺在二个可以变形的隔膜(deformable diaphragms) 之间，放置在热压罐内；之后，在隔膜之间抽真空，并加热和加压，将铺层固结在一起。这时，隔膜成为超塑性材料；最后，将柔软的熔结成一体的铺层隔膜夹层结构在凸模或凹模上成型。如图 。也可以如图 ，那样用真空成型。由于连续纤维增强的预浸材料在成型期间不能伸长，预浸材料在隔膜之间必须自由“浮动”，材料的边缘也不能夹紧。在模具。但是，与操作者的手不同，隔膜均匀、平滑地铺覆全部表面，几乎均匀地重新排布全部纤维，使之变形后仍为均匀排布．从而消除了铺层中纤维分离，皱折和变薄，克服了纤维“重叠”和“拉空”问题。

隔膜成型示意图

这种工艺已成功地用于成型 PEEK 基体复合材料。使用的超塑性铝隔膜，其超塑性温度范围与PEEK 复合材料的成型熔融温度一致。热压罐内的温度为 370℃ ，空气压力为 0.35－ 0.7MPa ，成型制品的周期为 30－ 40min。 ICI公司认为，其成型时间可缩短为 10－ 20min 。由于隔膜不能重复使用，为了降低成本，可选用耐高温的聚酰亚胺薄膜，如用 Dupont的 Kapton薄膜，代替比较贵的超塑性铝薄膜。

隔膜成型法的主要缺点手工铺放预浸材料，这可以用 Integrated Materials Technology公司开发的螺旋对接熔焊技术 (spiral butt welding)解决。将预浸带环绕在二个平行的旋转芯模上（见下图 ）不断的将新绕的带子对焊到已绕的带子上，这样，就能够制造出整体的片材。由于芯模之间的距离可以调节，整体片材的尺寸可以在较大的范围内变动。

隔膜成型制造片材

三、 对模模压成型 将模压料约束在两个模具型面之间形成制品形状，并加压使之固化。成型的制品质量高、尺寸精度好、自动比程度高、复现性好、成型速度快，适合于大批量生产，产品质量基本不受操作人员技能影响。因此，即使一些不需要大批量生产的制品，如航天、航空以及其它高性能制品，由于精度和复现性要求，有时也使用对模模压方法。

对模模压成型，根据所使用模压料形式和状态不同，具体成型方法种类繁多，彼此间有较大的差异，大致可以归为以下几类：增强模压料模压 (reinforced molding compound) ；毡与预成 型 坯 料 模压 (mat and perform) ，冷模压(cold press molding) ，树脂注入模压 (resin injection molding) ；泡沫蓄积模压 (foam reservoir molding) 。在工业中占主导地位的是增强模压料模压和树脂注入模压。

成型所用的对模是由阳模和阴模组成。当阴阳二模对合时，模具型面之间构成了成型制品所需要的空间。形状复杂的制品使用的对模也比较复杂，要由几部分组合而成。模具的设计和制造是成型的重要环节之一。

1. 增强模压料模压 增强模压料模压包括：块状模压料 (BMC) ，也称预混料 (premix) 或团状模压料 (DMC) 、片状模压料 (SMC) 、以及近年来开发出的厚片状模压料 (TMC) 、高纤维含量模压料 (HMC) 和 X 线型连续纤维片状模压料(XMC) 等模压工艺。这些成型方法使用的压机基本相同，对模具的要求也很类似，仅是所用的模压料不同。无论是块状模压料还是片状模压料都是模压用纤维增强热固性树脂复合物，这种复合物无须进一步固化，无需干燥去除挥发份，或经过其它加工处理，即可在压机上使用。

(1)块状模压料 是将所有成分通过强烈混合配制而成。从混合器中得到的模压料呈纤维油灰状，操作者只要按投料量称出，即可使用。某些模压料可用装有切断工具的挤出机挤成杆状或圆柱状模压料，以便于使用。

(2)片状模压料 呈片状，半粘性，可以切割，铺糊，便于模压各种形状制品。

片状模压料 (SMC) 的制造方法是在两个塑料薄膜带上连续涂敷树脂糊．再将连续纤维切断，沉积到涂有树脂糊的一个薄膜上，牵引薄膜使其通过一系列辊子，使切断的纤维收集在二个薄膜之间．并将树脂糊揉和在纤维中，最后绕在成品辊子上。也可以用链带代替揉和辊。为了增加制品的机械性能，也可以加入些连续的原纱。

厚片状模压料 (TMC) 的制法与片状模压料(SMC) 制法类似如下图。

X线型连续纤维片状模压料 (XMC)几乎可以在任何一台纤维缠绕机上制造出来。首先，使增强纤维通过胶槽，并以某种线型缠绕在芯模上，当达到要求厚度之后，卷上保护薄膜、切开，由芯模上取下，并展平供储存和熟化。为了满足性能要求，可以采用各种缠绕角，但通常是用高角度85º缠绕，并附加短纤维，以便增加横向强度。 XMC 可以得到较高的纤维含量、较高的强度，但是，生产率比较低，每小时只能生产 340kg左右。

2.树脂注入模压 树脂注入模压也称树脂传输模压 (Resin Transfer Molding) 。成型的制品比模压制品表面更好，尺寸更精确。首先将增强材料铺放在模具中，再将模具闭合。之后，将树脂注入或传输到模具中，使树脂完全浸渍密封在模具中的增强材料并固化。它具有冷模压的优点。但不需要压机。对于简单部件，由于注入压力比较低，为保证模具闭合所需要的夹紧部件有足够强度即可。对于较复杂的部件，模具结构和夹紧装置可能变得很笨重。大多数树脂注入产品都是用室温固化聚酯树脂在增强塑料模具内成型。但是，某些复杂的飞机部件已经用高温固化的环氧和聚酯在铝模内成型。为了有效的浸渍增强材料，应先从模内抽真空，之后在适当的压力下注入树脂，再用模内加热装置或固化炉加热至固化温度。

美国通用电气公司正在探索在热塑性复合材料制品成型中，使用树脂传输模压方法。使用的树脂是环状 BPA 聚碳酸酯齐聚物。先将熔融的低粘度齐聚物注入到加热的模具中，使树脂完全浸渍密封在模具中的增强材料之后，再升温使树脂进一步开环聚合，从而获得性能优异的热塑性复合材料制品。这种成型方法与热压罐和压制成型工艺相比，只需要较小的成型压力和轻型模具，因此可以制备大型和几何形状比较复杂的制品。

四、 热成型工艺 也称为预热坯料成型 (Forming of Preheated Blank) 。与热固性树脂基复合材料的对模模压成型类似，是一种快速、大量成型热塑性复合材料制品的成型方法。通常的热成型设备均可使用。加热预浸材料用的炉子应能达到 350－ 500℃的温度。用热成型工艺制造复合材料制品与制造纯塑料制品不同，预浸料在模子内不能伸长，也不能变薄。模具闭合之前，预浸材料要从夹持框架上松开，放至下半模具上。闭合模具时，预浸料铺层边缘将向模具中滑移，并贴敷到模具型面上、预浸材料层厚度保持不变。

铺覆性 (Drapability) 和一致性(Conformability) 是描述预浸材料或织物形成要求型面能力的专用术语。当强使织物与模具贴合时，织物的纹理必然产生轻微扭曲才能覆盖在型面上。经纱和纬纱必定有局部位移和滑移，位移量与部件型面弯曲度有关。纤维彼此间的位移会影响产品的性能。因此，在设计部件时必须考虑热成型时纤维方向的改变。显然，疏松织物比紧密织物容许经纱或纬纱之间有更大的位移。而单向叠层比织物在经向和纬向可以容许更大的相对位移。有时，为能形成所需的型面，必须将构成部件外表面的预浸材料层割开。

热成型工艺装备由三个基本构成： (1) 预浸材料夹持框 (Laminate support

frame) 夹持预浸材料铺层送到热源中，在基体材料熔融期间，支撑预浸材料层，并能快速地将熔融的预浸材料层从热源转送至成型模具，放在底模上。(2)热源 (heat source) 能够快速、均匀地将预浸材料铺层加热至成型温度。(3)热成型设备 (Thermoformer) 能够以较快的闭模速度，足够的压力，使预浸材料铺层成型。

下图说明了对模 (Matched mold)( 阳模推动 )加压成型制品的工艺过程。由于连续纤维增强的预浸材料铺层不下垂，不必把预浸材料铺层的周边全部夹持。在加热炉内加热 PPS预浸材料铺层时，达到成型温度大约 30－ 240秒，随加热炉参数和预浸材料厚度而异。用 PPS预浸材料铺层成型制品时，选用的成型温度为333 － 361℃ ，而其熔点为 303℃ 。当达到成型温度时，迅速用夹持框将预浸材料铺层转送到成型底模上。模具闭合前松开夹持框．使预浸材料铺层按要求向模具内滑移。对于 PPS预浸材料，模具闭合时间大约为 30－ 120秒。在部件投影面积上作用成型压力，通常为 0.13－ 0.35MPa ，随部件的复杂程度而定。

预热坯料成型示意图

热成型的另一种技术方案如下图所示，是不用阳模的真空成型 (Vacuum forming) 。这种成型方法通常用于成型纯塑料制品，也可用于成型热塑性复合材料制品。为了提高制品的成型质量，也可在预浸材料铺层上面加空气正压力。与上述对合模成型相比，适于真空成型的复合材料制品要受很大的限制。制品型面的曲率变化要平缓，凹陷也比较浅。

真空热成型示意图

由于预浸材料铺层必须向模内滑移，难以在预浸材料下面形成真空，而在上面形成空气正压力。可以将橡胶簿膜、铝薄膜或隔膜铺敷到预浸材料铺层表面，以达到适当的气体密封，在隔膜上用空气或流体压力。这种 成型方法也称力流体静压力成型 (Hydrostatic forming) 或流体成型 (Hydro forming) 。

上述成型方法中，关键环节是使预浸材料离开加热炉到加压 ( 或真空 ) 成型的时间，尽可能缩短，预浸材料铺层一旦离开热源就会快速冷却。如果不能快速成型就要变硬，失去铺敷性和一致性。尤其是在成型只有一层或二层特别薄的预浸材料铺层时更为突出。绝大多数热成型设备都能在 1－ 5s 内完成传送和闭模动作，这对 PPS 基体复合材料来说，已经足够了。

五 缠绕成型

制造具有回转体形状复合材料结构制品的基本成型方法。将浸渍树脂的纤维，按照要求的方向有规律、均匀地布满芯模表面，然后．送入固化炉固化，脱去芯模即可得到需要的制品，如下图所示。

缠绕机，固化炉和芯模是缠绕成型的基本设备。

缠绕成型示意图

随使用的原材料不同，有三种不同的缠绕方法。一为湿法缠绕，粗纱从纱团引出，通过树脂槽浸渍树脂后缠绕到芯模上；二为干法缠绕，将预浸纱，通过软化炉或顶热辊软化后再绕到芯模上，或直接绕到加热的芯模上；三是后浸渍法，将未浸渍树脂的纤维缠绕到芯模上，在真空或压力作用下将树脂浸入缠绕纤维中，这种方法通常只限于成型相当小的部件。

其中，湿法缠绕最为常用。材料成本低，生产厂家可以配制满足各种制品性能要求的树脂系统。但是，湿法缠绕的树脂系统也受到一些限制。首先，树脂系统中挥发组分必须低，以免缠绕结构中产生气泡和孔隙；其次，室温下应具有合适的粘度和足够长的使用期。在湿法缠绕时，粗纱的张力必须随制品直径增加而变化。这样才能保证均匀的树脂含量。从用户观点看，干法或预浸纱缠绕的最主要优点是可供选择的树脂类型比较多，由于预浸带控制的比较严，制品的树脂含量比较准。质量复现性比较高。

要按照制品的性能要求，将纤维有规律地排布在芯模表面，必须选择不同线型组合。一为极缠绕或平面缠绕。线型是一条单圈平面封闭包线，特点为纤维互不交叉。纤维轨迹构成一个与芯模相交的平面。另一是螺旋缠绕，线型是多圈螺旋线，特点是芯模某些点处纱带有交叉。

环向缠绕是另一种常用的缠绕方法，是缠绕角接近 90º 的高缠绕角螺旋缠绕，芯模每转一周，丝嘴前进一个纱带宽度。实际生产中，经常将螺旋缠绕或平面缠绕与环向缠绕一起使用，以便获得某种要求性能的制品。

几乎任何连续纤维均可用于纤维缠绕成型，但主要使用的是玻璃纤维，碳纤维和 Kevlar 纤维。常用的基体材料是环氧、聚酯和乙烯基酯树脂。聚酰亚胺、酚醛和有机硅树脂用于缠绕成型，还有很大难度。

所用的缠绕机，从链条驱动的简单缠绕机已经发展到计算机控制的，具有三轴至六轴运动的精密缠绕机。为了连续制造管道，还设计了专用管道缠绕机。

热塑性树脂基体在纤维缠绕制品中的应用研究工作正在积极进行。选用这类基体的主要原因在于，热塑性树脂具有较高的韧性，快速制造的技术潜力，以及成型的能力。国外已有用 APC预浸带绕出了样品的报道。热塑性基体缠绕使用的设备，与热固性基体缠绕设备相似，附加有热源熔融预浸带和底层结构，如下图所示。

热塑性树脂基体缠绕设备示意图

缠绕时预浸带必须加热到树脂熔点以上，并借助纤维张力和加热的绕丝头，或其它装置给缠绕到芯模上的预浸带施加一定的压力。预浸带加热的目的， 一是使热塑性树脂基体的表面层具有较高的温度，使正在缠绕的预浸带基体表面与已缠绕到芯模上的预浸带基体表面之间接触时有适当的分子扩散过程，以获得较牢的粘结；二是软化预浸带的热塑性基体，容许纤维相对运动，使缠绕的预浸带能够与缠绕结构外形相吻合。显然，正在缠绕的预浸带与缠绕到芯模上的预浸带在接触点处的熔接和致密技术是热塑性树脂基体缠绕研究中的二个基本课题。

A.Brage依据缠绕中使用的热鞋 (Hot－Shoe)技术，建立了预浸带、芯模和外部环境之间的热交换模型，并作了初步的理论分析。对于 CF／ PEEK 复合材料计算得到的界面温度与缠绕速度之间的关系如下图所示。

热塑性树脂基体复合材料缠绕时的界面温度和缠绕速度之间的关系图

同时，还得到了热塑性缠绕中应当遵循的基本规则，即热塑件基体的熔融温度必须在预浸带和芯模温度的平均值附近。根据这个模型计算的界面冷却速度非常高，对热塑基体的粘性流动和粘结强度将有很大的影响，这是需要进—步研究的课题。

热塑性树脂基复合材料缠绕技术尚处于试验室研究阶段，商业开发进展不大。缠绕速度比热固性缠绕速度低，但是，可以确信，缠绕速度可以进一步加快。为了实现快速缠绕，一个办法是在缠绕过程中不进行固结，缠绕成“接近于网络”的形式，之后，再放到压机或热压罐中固结。

热塑性缠绕成型的一个基本优点是成型的制品可以进行后成型。此外，由于冷却速度快，纤维不必排放在短程线位置上，使产品设计有更大的灵活性。

六 拉挤成型

这是一种可连续制造恒定截面复合材料型材的工艺方法，与铝的挤压成型或热塑性塑料的挤出成型相似。已从制造单向纤维增强实心截面的简单制品，逐渐发展成为可制造实心、空心以及各种复杂截面的制品，并且可以设计型材的性能，满足各种工程和结构要求。

拉挤工艺有 6个基本工艺环节 ( 如下图所示 ) ，即进入拉挤机前的增强材料处理、树脂浸渍和材料预成型，以及在拉挤机上进行的加热与固结、连续牵引、切断等。增强纤维由纱架上引出，进入树脂槽浸渍树脂。在牵引机构的牵引下，浸渍树脂的纤维在预成型区，按照产品形状预成型；随后，进入精加工成产品形状的固化模中；热固性树脂基体在热的引发下进行放热反应，固化成设计截面的型材；固化后的型材在牵引机构的牵引下，连续地从热模中出来，在空气或水中冷却。最后，进入自动切割装置切成要求的长度。尽管，拉挤机的生产能力可以达到每分钟拉挤 0.025－ 5m 型材，但是，常用的生产速度是每个模腔，每分钟拉挤 0.6－ 1.2m 的型材。

拉挤成型工艺流程示意图

由于拉挤成型工艺的特点，其制品除可达到其它成型方法制品的性能外、制品的长度还可不受限制，制品的截面尺寸也不受限制。随着拉挤工艺的不断改进，已可拉制出空心、复杂、薄壁截面，且具有不同性能要求的型材。为了满足某些性能要求，还可在连续拉挤过程中，埋入金属件、木材或泡沫。

拉挤成型有三个基本技术问题要解决，其中最重要的是树脂配方。它控制着制品的机械性能、使用温度、电绝缘性能、耐腐蚀性能以及耐焰性和发烟性能。此外，还控制了工艺速度、产品外观和尺寸精度。第二是材料的预成型，选定的增强材料和材料型式要满足机械性能、电性能和耐腐蚀性能等要求。浸渍树脂的增强材料在进入模具以前，在须成型区要用陶瓷套管模、金属模或塑料导向装置，准确定位，保证各类增强材料进模前的相应位置，进模路径和次序，这是保证产品机械性能和精度，达到最优水平的基本技术。第三是温度控制。对于热固性树脂来说，要控制升温和降温速度，以及固化温度的高低。如果温度低，则基体固化不完全．产品性能不好；若温度太高，则产生热应力开裂，降低制品的机械性能、电绝缘性能和耐腐蚀性能。

拉挤成型用的增强材料有玻璃纤维、碳纤维和 Kevlar 纤维等，应用最多的是玻璃纤维。所用的树脂有不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂，应用最多的是不饱和聚酯树脂。

在纤维增强树脂基复合材料制品中，拉挤制品是一个较小的品种，但这种工艺已受到重视，并正在快速发展，拉挤大部件和复杂形状制品的工艺新技术正不断出现。

连续纤维增强热塑性基体复合材料的出现，为拉挤成型开拓了新方向。用拉挤工艺制造高性能热塑性复合材料制品，尚处在初步发展阶段。采用的工艺是将预浸带或预浸纱在一组拉挤模具中固结。无论是采用先浸渍后拉挤，或者边拉挤边浸渍，得到的预浸材料都比较硬，很难用它制造断面形状急剧变化的制品。因此，出现了两种新的浸渍方法，即：共混纤维浸渍和粉末浸渍。

采用热塑性树脂预浸带 (纱 )拉挤复合材料制品的成型过程如下图所示。

材料输送系统

预浸材料预热和预成型

固结模和冷却模

夹持、牵引和切割锯

拉挤的第一步是材料输送，在热塑件树脂拉挤中应用的增强材料只限于单向预浸带或小直径预浸纱 (杆状 ) ，还没有多种型式的增强材料可供选择，因而限制了能拉制的制品形式。第二步是预浸材料的预热和预成型，加热方法有射频加热、感应加热和常用的传导加热。应当注意的是，要保证在制品整个截面上均匀加热，特别是大部件。因为在热塑性树脂拉挤中，树指不发生化学反应，预浸材料熔融和固结所需要的全部热量必须从模具或须热中得到。如果预热量不足，在模具中就不能很好地固结和成型，得到的制品性能较低。

对于热塑性拉挤来说，材料预成型的质量直接影响着拉挤工艺的顺利进行。预浸增强材料必须精确配置在必要的位置上。预浸纤维在进入模具之前被集束成较小截面的时候，预成型板件必须加热，才能使得增强材料易于通过，但预浸材料温度不可达到树脂熔点。进入固结模中，模具加热预浸材料达到树脂熔点以上，再冷却使之完全固结，形成制品的几何形状，模具入口端到开始固结的中心部位应有一定的锥度，一般在 10º左右。模具的长度对 PEEK 来说 20cm已足够。对模具的温度分布要求不严，只要求把树脂加热到熔点以上，对于 PEEK ，模具温度在 385℃ 到 399℃ 左右。

在树脂熔点左右，与树脂接触段的模具长度应尽量小。因为，在熔点附近的树脂与模腔的粘附力比较大，模具长将使牵引力增大，并使制品的表面质量降低。由于结晶型聚合物基体的冷却速度对复合材料性能影响较大，在热塑性拉挤中，通常在加热／固结模的后部装有冷却模控制冷却速度。如果冷却速度适当，也可以用作表面处理模。热塑性拉挤的最后一道工序是牵引系统和切割锯。与热固性拉挤相同，牵引速度对制品性能影响很大，必须优化。夹持系统应在不夹碎制品的情况下，具有足够大的夹持力，以便牵引制品时不滑动。

热塑性复合材料拉挤成型，还处于试验室研究阶段。

七 成型工艺条件的选择 树脂基复合材料制品的成型是在压力作用下，经历加热和冷却过程。加热和冷却使聚合物基体获得适当的分子结构，也就是使热固性基体得到适当的固化度，热塑件基体得到适当的结晶度；加压是使多余的树脂基体从复合材料制品中排出，使全部铺层“密切接触”，并粘合在一起。

只有选择适当的工艺条件 ( 加热、冷却、加压 ) ，才能得到需要的制品质量。借助于分析工艺模型，可以确定和选出最优的工艺条件。

在确定工艺模型时，比较方便的办法是将制造工艺过程分解为不同的方面，将主模型分解为一系列子模型，分别描述工艺过程的相应的各个方面。工艺模型一般由下述四个子模型构成：①热化学模型给出瞬时局部温度、粘度、以及热固件基体的固化度，或热塑性基体的结晶度；②流动模型给出树脂流动、纤维和树脂分布、致密度，以及热塑性树脂基体的固结度和粘合度；③应力模型给出残余应力和残余应变；④孔隙模型确定孔隙尺寸。

建立热化学、应力和孔隙模型是比较简单的。模拟树脂流动、致密和固结过程则比较困难。

用分析模型确定工艺条件的过程是预先选定一组工艺条件，用模型计算出复合材料内的一些变量，再与要求进行比较，反复进行多次，直到选择的这组工艺条件满足下述条件为止。

对于热固性基体复合材料：①材料内部的温度不超过在固化期间预定的数值；②在固化结束时，树脂含量必须是均匀的、并具有要求的数值；③材料必须固化均匀，且完全；④固化后，复合材料孔隙率必须最小；⑤固化后的复合材料必须具有要求的热性能和力学性能；⑥固化时间必须最短。

对于热塑性基体复合材料：①束纱必须被树脂完全浸渍；②各预浸层必须完全密切接触；③各预浸层之间必须达到完全粘结；④在整个复合材料内必须具有要求的结晶度。

复合材料网站和网页 http://www.answers.com/topic/composite-material http://www.a-c-m.com/ http://www.mech.utah.edu/~rusmeeha/labNotes/

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复合材料网站和网页 中国复合材料网 http://www.ourfrp.com/ 中国复合材料学会 http://cscm.buaa.edu.cn/ 西安航天复合材料研究所 -- 复合材料专家 http://

www.ht43.com.cn/ 材料复合新技术信息门户 http://atmsp.whut.edu.cn/ 中国玻璃纤维复合材料信息网 http://www.cnfg.net.cn/pd/bx/index.php 武汉理工大学复合材料系—复合材料技术网 http://www.whutfrp.com.cn/ 北京航空航天大学材料科学与工程学院 http://www.mse.buaa.edu.cn/lab.php?id=1